单片机仿真实验平台的设计分析

刘希璐　刘鹏

摘 要 针对目前教学中对单片机的仿真实验平台的实际需求，采用模块化结构设计思想，设计基于Visual C++的AT89S51单片机的仿真实验平台。仿真实验平台可向用户提供一个可视化的汇编语言集成编译环境，提供汇编语言的编辑、编译、电路显示和寄存器监控等功能。

关键词 AT89S51 单片机 实验平台 ISP 编程器

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A

0 前言

单片机仿真实验平台上位机控制软件的编程模块根据MCU芯片编程手册上规定的命令协议，控制程序中所要求的不同地址的引脚置高或低电平从而实现进行单片机的编程，编程软件可以通过并口、串口和ISP在系统编程三种方式对下位机实验板进行编程，这部分功能在Visual C++编程环境下实现；子程序库查询模块根据Delphi强大的数据库操作功能，把存放在数据库中现行的51子程序通过标号查询、功能查询和遍历的方式查找所需要的子程序，可以方便的应用到编程中：编程仿真实验模块把编写好的源代码以十六进制的格式编程写入单片机，并在仿真实验平台上实时地仿真出来。

1单片机选型

在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，Intel公司将其MCS-51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC设计厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。目前，单片机进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展，越来越多的高性能和多品种单片机出现。一个好的单片机编程仿真实验系统必须有与之适合的MCU，本实验平台主要是根据单片机的ISP在系统编程功能，使程序下载到目标单片机中并即时运行，系统可选用Atmel公司生产的具有ISP功能的AT89S51单片机

2控制软件设计

2.1设计原理

根据MGU芯片编程手册上规定的命令协议，通过一定的时序向不同的引脚置高或低的编程电压实现对单片机的编程，将代码写入单片机的ROM中。

单片机仿真实验平台中的编程器模块就是根据这一原理，在PC上位机和单片机之间规定通讯协议，按照通讯协议实现PC机上的编程控制软件与单片机通讯，使单片机编程器控制程序中所要求的不同地址的引脚置高或低电平从而实现单片机的编程。

单片机仿真实验平台的子程序查询模块通过把单片机子程序的各要素按一定的规则放入数据库，根据Delphi强大的数据库查询功能，通过标号和子程序功能字段实现单片机子程序的查询。

单片机仿真实验平台的编程仿真模块根据实验板仿真的结果，通过Delphi的编程把实验结果在系统中模拟出来。

2.2编程操作流程图

单片机仿真实验平台中的编程模块分两部分对目标单片机进行编程，分别为上位机编程控制部分和下位机编程控制部分。

3单片机仿真实验平台总体逻辑结构

该单片机编程仿真实验平台利用其在系统可编程（ISP）功能，在软件仿真正确的前提下，直接对目标单片机进行在系统编程，实时运行并立刻出现实际运行效果。

单片机仿真实验平台设计原则是，实验板除编程模块外，仿真支持的实验，除了支持单片机在片硬件资源外，还应设计一些接口器件实验和可编程I/O接口实验。

4单片机编程器模块

单片机仿真实验平台的编程器模块总体设计主要分为三部分：操作部分、设置部分和显示部分。其中，操作部分包括打开文件、保存文件、擦除器件、写器件、读器件、校验数据和锁定部分；设置部分包括设置加密位，选择编程器类型、串口、波特率和下载线性能设置；显示部分包括提示信息、缓冲存储区1内容和缓冲存储区2内容。

5总体设计

本系统可选用ATMEL公司生产的AT89S51单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89S51具有在系统编程（ISP）功能，ISP可以加速产品的上市并降低研发成本，ISP技术可以缩短从设计、制造到现场调试、简化生产流程并采用经证实更有效的方式进行现场升级和维护，大大提高了工作效率。无论在单片机上，还是在CPLD/FPGA上都得到了广泛的应用，ISP技术是未来发展方向。

单片机仿真实验平台的编程模块根据AT89S51的ISP功能对单片机进行编程。可以直接对锁紧座的目标单片机进行在系统编程，实时运行并立刻出现实际运行效果。单片机仿真实验平台可重复对目标单片机进行编程运行，只需在编程前擦除片内ROM内容，即可再次编程，省去了拔插芯片的麻烦，使学习更加方便、快捷。

6结语

针对现有单片机仿真实验资源所存在的种种不足，根据单片机仿真原理，采用模块化的结构，精心设计一款单片机仿真实验平台。该平台可适用于多层次的实验教学和学生自己编程实验，通过调试，并将逐步增加编程支持的芯片和完善其他一些实验电路板。通过开发单片机仿真实验平台，实现了理论与实际相结合，提高了分析问题、解决问题和实际动手的能力。

作者简介：刘希璐（1969-）男 ，河南商丘人，讲师，研究方向：机电技术研究。刘鹏（1977-）男，山东菏泽人，讲师，研究方向：电力控制系统研究。

参考文献

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