王 超 楊蓮紅 楊 奇

(1，2，3．昌吉學(xué)院物理系新疆昌吉831100)

聯(lián)合Keil C51在Multisim 10平臺下實現(xiàn)單片機(jī)的仿真

王 超1楊蓮紅2楊 奇3

(1，2，3．昌吉學(xué)院物理系新疆昌吉831100)

針對傳統(tǒng)單片機(jī)課程實驗、實訓(xùn)教學(xué)中出現(xiàn)的各種難點(diǎn)，將Keil C51編譯軟件與Multisim 10仿真軟件相結(jié)合引入到教學(xué)中，借助第三方軟件的優(yōu)勢完成實踐教學(xué)任務(wù)，可以提高單片機(jī)的教學(xué)效果、縮短開發(fā)周期、節(jié)省成本，提高學(xué)生的動手操作能力。

Keil C 51;Multisim 10;單片機(jī);仿真

1 引言

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程是電子、電氣信息類學(xué)生的必修課程，而實踐、實驗教學(xué)是該課程的重要組成部分，傳統(tǒng)的方法是設(shè)計電路－面包板或?qū)嶒炏鋵嶒灒瓢娴纫幌盗羞^程。但是，該過程開發(fā)周期長、調(diào)試繁瑣，而且修改電路也比較困難，利用仿真軟件Multisim 10則可以很好的解決這些問題。另外，借助于第三方編程調(diào)試軟件Keil C51與Multisim 10聯(lián)調(diào)可以在沒有硬件實物的環(huán)境下建立虛擬硬件仿真平臺，利用Keil C51軟件強(qiáng)大的調(diào)試功能可以加快開發(fā)進(jìn)程，更容易實現(xiàn)實驗、實踐的教學(xué)，為教學(xué)、實驗提供一個方便靈活的環(huán)境，豐富實驗內(nèi)容，節(jié)約實驗費(fèi)用，而且仿真成功的電路可以直接在產(chǎn)品開發(fā)中使用。

2 Multisim 10與Keil C51

2．1 Multisim 10特點(diǎn)

Multisim 10軟件是美國國家儀器(NI)公司推出的電子電路仿真軟件，是目前的最新版本，它在原有基礎(chǔ)上更新和改進(jìn)了某些功能［1］。

(1)增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復(fù)雜的數(shù)字元件、單片機(jī)。

(2)增強(qiáng)了軟件的仿真測試功能，大大擴(kuò)充了元件庫中的數(shù)目，特別是增加了大量與實際元件對應(yīng)的元件模型，使得仿真結(jié)果更精確、更可靠、更實用。

(3)加強(qiáng)了對匯編語言和C語言的支持，增加了反匯編以及調(diào)試功能。

(4)增加了部分3D實物元件和面包板，便于教學(xué)和實驗使用。

2．2 Keil C51簡介

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用，用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。軟件本身支持?jǐn)?shù)百種51系列單片機(jī)芯片，可以用來編譯C源碼、匯編源程序、連接和重定位目標(biāo)文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境，具有強(qiáng)大的開發(fā)工具。雖然Multisim 10也支持C語言，但它的功能遠(yuǎn)不如Keil C51［2］。

目前在單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，C語言已經(jīng)成為主要的編程語言，用C語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序與標(biāo)準(zhǔn)的C語言程序在語法規(guī)則、程序結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計方法等方面基本相同，但C51程序與標(biāo)準(zhǔn)的C程序在以下幾個方面是不同的:

(1)C51中定義的庫函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)C語言定義的庫函數(shù)不同;

(2)C51中數(shù)據(jù)類型與標(biāo)準(zhǔn)C的數(shù)據(jù)類型也有區(qū)別，在C51中還增加了集中針對MCS－51單片機(jī)特有的數(shù)據(jù)類型;

(3)C51變量的存儲模式與C中變量的存儲模式不一樣，C51中變量的存儲模式與MCS－51單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的;

(4)C51與標(biāo)準(zhǔn)C的輸入輸出處理方式不一樣，C51中的輸入輸出是通過MCS－51串行口來完成的，輸入輸出指令執(zhí)行前必須對串行口進(jìn)行初始化;

(5)C51與標(biāo)準(zhǔn)C在函數(shù)使用方面也有一定的區(qū)別，C51中有專門的中斷函數(shù)。

3 仿真實例

下面以一個簡單的0－99計數(shù)器電路為例介紹利用Multisim 10與Keil C51相結(jié)合實現(xiàn)單片機(jī)仿真的過程。

3．1硬件電路設(shè)計

(1)打開一個新的電路原理圖并從元件庫中放置8051單片機(jī);

(2)根據(jù)MCU向?qū)е鸩綀?zhí)行:

首先，定義Workspace文件，包括Workspace的文件路徑和文件名;然后再定義工程，包括工程類型、編程語言、匯編器/編譯器工具和工程名;最后需要定義源文件，包括源文件的名字等。

按照同樣步驟，放置電路中的其它元件，如果希望查看該元件的屬性，可以采用右鍵單擊選擇屬性即可，所有組件都可以采用默認(rèn)設(shè)置來使用，硬件電路圖如圖1所示。

圖1 硬件電路圖

3．2軟件程序設(shè)計

在Keil C51環(huán)境下，采用C語言完成軟件程序的設(shè)計，在用C語言編寫過程中要注意符合C語言的語法規(guī)則。

#include"htc．h"

unsigned char code table［］={0x40，0x79，0x24，0x30，0x19，0x12，0x02，0x78，0x00，0x10};

unsigned char count;

void delay10ms(void);延時函數(shù)

{unsigned char i，j;

for(i=02;i＞0;i－－)

for(j=02;j＞0;j－－);}

void main()

{count=0;

P3=table［count/10］;個位數(shù)據(jù)

P1=table［count%10］;十位數(shù)據(jù)

while(1)

{if(P37==0);檢測P3．7的電平

{delay10ms();調(diào)用延時子程序

if(P37==0)

{count++;

if(count==100)

{count=0;}

P3=table［count/10］;

P1=table［count%10］;}}

在Keil C51環(huán)境下，選中Creat HEX File復(fù)選框以便生成“*．Hex”文件，如圖2所示。

圖2 設(shè)置HEX格式

3．3仿真調(diào)試

Multisim10支持第三方的編譯器，可以將第三方編譯器(Keil 51)生成的可執(zhí)行代碼，如“*．Hex”文件，直接導(dǎo)入到MCU中，然后進(jìn)行仿真。

(1)建立外部可執(zhí)行文件工程

在工程類型(project type)選項中選擇Load External Hex File選項并命名，如圖3所示。

圖3 建立外部可執(zhí)行文件

圖4 添加外部可執(zhí)行文件

(2)添加外部可執(zhí)行文件

激活相應(yīng)的工程文件后，打開“MCU CodeManager”對話框，即可加載相應(yīng)的“*．Hex”文件，如圖4所示。

(3)仿真運(yùn)行

①執(zhí)行菜單MCU/MCU8051/BUILD，對源程序進(jìn)行編譯，在窗口下方會顯示編譯時間，編譯信息。編譯會通過給出“0 error(s)0 warning(s)”的提示。如果有錯會給出錯誤的行和錯誤的原因，以方便查錯。編譯顯示結(jié)果如圖5所示

圖5 編譯結(jié)果

②單步調(diào)試、設(shè)置斷點(diǎn)觀察結(jié)果

執(zhí)行MCU/MCU8051U1/Debug View命令，進(jìn)人調(diào)試窗口，在調(diào)試之前，執(zhí)行MCU/MCU8051U1/ Memory View命令，打開存儲器窗口，可以觀察指令后的執(zhí)行情況?？梢圆榭碨FR、內(nèi)部RAM、內(nèi)部ROM，外部RAM等存儲器的狀態(tài)，這些操作對于調(diào)試非常重要，另外，在調(diào)試過程中還可以在反匯編中窗口中設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行和連續(xù)執(zhí)行等命令進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程如圖6所示。

圖6 調(diào)試過程

③單擊運(yùn)行按鈕，就可以得到仿真運(yùn)行結(jié)果，如圖7所示。

圖7 運(yùn)行結(jié)果

4 結(jié)束語

本文介紹了在Multisim 10平臺下聯(lián)合編譯軟件Keil C51對單片機(jī)進(jìn)行仿真的一種方法，該方法可以把傳統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件調(diào)試、仿真集成在一個軟件環(huán)境下，能夠做到邊設(shè)計、邊實驗、邊修改電路。在Multisim 10平臺下全部采用的是虛擬元件和測量器件，實驗成本低，速度快，修改調(diào)試也非常方便，突破了實驗教學(xué)中的實驗內(nèi)容固定不變的局限。另外，借助第三方軟件的優(yōu)勢，可以加速實驗進(jìn)程，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力。對于單片機(jī)實踐教學(xué)尤其是綜合性實驗、課程設(shè)計、電子競賽等，這種仿真調(diào)試軟件的使用會起到積極的推動作用。

［1］聶典，丁偉．Multisiml0計算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2009:20－50．

［2］范立南，李震，周勝來等．基于Keil C51的軟件開門狗電路的設(shè)計［J］．計算機(jī)發(fā)展與展望，2009，19(1):154－156．

(責(zé)任編輯:馬海燕)

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1671－6469(2012)02－0075－06

2012－03－12

昌吉學(xué)院教學(xué)研究項目(11jyyb011)

王超(1980－)，男，新疆瑪納斯縣人，昌吉學(xué)院物理系，講師，研究方向:自動化應(yīng)用技術(shù)。