单片机仿真器设计关键技术分析

摘要： 本文讨论了一种以MCS-5l系列单片机为基础的仿真器的设计制作及应用。本仿真器采用广为应用的89C52单片机为核心，可以运行著名的Keil Monitor—51监控程序。通过PC机运行Keil μ Vision 2集成开发调试环境软件，本仿真器可以进行单片机硬件调试以及C语言(Keil C51)和汇编语言软件的开发与调试。系统设计合理，成本低廉，制作方便，应用广泛。

Abstract: This paper discusses the design and application of a MCS-5l series MCU emulator. The core of emulator is 89C52 MCU which is widely used, and it runs famous Keil Monitor—51 monitor program. The PC runs Keil μ Vision 2 integrated development IDDE software. The emulator debugs the MCU hardware, and develops and debugs C (Keil C51) language (Keil C51) and assembly language software. The system designs reasonably, the cost is low, the production is convenient, and its application is wide.

关键词： 单片机；仿真器；监控程序

Key words: single chip microcomputer；emulator；monitoring program

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）15-0168-01

1概述

自20世纪70年代以来，单片机作为微计算机的一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，对科学技术产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，应用非常广泛。以往的单片机应用程序都是用汇编语言编写，但这种程序的开发周期长，排错、调试都很困难。C语言作为一种通用的计算机程序设计语言可以解决这些问题。

2Monitor-51仿真器的硬件设计

2.1 硬件要求①51系列CPU；②5K的外部程序存储区域，地址从0开始，用于存放Monitor-51的监控程序；③256字节的外部数据存储单元和可选的5K字节的跟踪缓冲区；④足够大的外部数据存储空间以去容纳应用程序代码和数据；⑤6字节的空余堆栈区；⑥串行口，并有一个定时器作为波特率发生器供其使用。

必须满足以上要求，Monitor-51仿真器监控程序才能正常工作。

2.2 AT89C52的性能AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的AT89系列单片机之一，AT89系列是当今世界上新型的电擦写8位单片机，该产品与Intel公司的MCS-5l系列兼容，可以替代87C51/52和8751/52单片机。其特点有：8KB的闪烁存储器（flash memory），256B RAM，32个I/O线，3个16位定时器肼时器，6个两级中断源结构，一个全双工串行口，片内振荡器和时钟电路。设有静态逻辑，可以在低到零频率的条件下工作，在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止片内其它控制单元功能，直到下一个硬件复位为止，工作电压为2.7-6V。AT89C52片内含有的闪烁存储器允许在线编程或采用通用的编程器对其重复编程。因此AT89C52的性价比非常高。该芯片应用广泛，价格低廉。

2.3 电源部分在本系统中，对电源部分的改进是在仿真器上加一个USB B型插座，使用时再加上一根USB连接线，这样就可以直接利用PC机为USB提供的工作电压，无需再为该仿真器提供+5V的外部电源，更加方便使用，是一个很好的供电方案。一般要给电源加一个二极管指示灯，以显示电源部分是否接通。

2.4 串行口串行口是仿真器和PC机通信的唯一通道，需调试的程序通过串行接口下载到仿真器中，而仿真器上程序的运行状态和部分结果也需要通过串行口传到PC机。

89C52串行口的输入输出为TTL电平，采用标准串行接口RS-232来串行通讯。但TTL电平和RS232电平不兼容，所以二者接口时，必须进行电平转换，常用的电平转换芯片如MAX232。

MAX232是单一的+5V电源供电，多路RS-232驱动器/接收器，把+5V电压变换成+/-10V，具有2路发送器和2路接收器，使用相当方便。

2.5 诺依曼接法所有的外部数据存储器（RAM）必须采用冯·诺依曼接法，这样，能一致访问XDATA与Code空间。当/PSEN信号有效时，外部数据存储器也可以作为外部程序存储器使用。常见的冯·诺依曼接法就是将CPU的/PSEN和/RD经过一个与门后接到RAM的/RD引脚。也可以采用硬件电路图中的接法，用一片74LS00来完成。

3Monitor-51仿真器的监控程序设计

监控程序主要是用来检测用户程序在目标系统里的运行是否正常，要占用部分系统资源，主要是RAM和ROM。Monitor-51的监控程序可以由Keil提供的批处理文件INSTALL．BAT等生成，该文件位于\Kei\C51\MON51路径下，需在DOS环境下执行，语法：INSTALL serialtype[xdatastart[codestart[BANK][PROMCHECK]]]

各参数的含义如下：

serialtype：串行通信设置。

codestart：指定Monitor-51监控程序代码在程序存储器的起始页数，即起始位置，取值为0～F0之间的16进制数。缺省值为0。监控程序一般占4-5K字节的空间。

BANK：为代码区分组的应用程序安排，该项为可选择项。应用程序一般不超过64K，所以一般不选。

PROMCHECK：Monitor-51监控程序在CPU复位时检查在程序存储区0地址处是EPROM还是RAM。如果检查到是EPROM，则执行指令JMP 0，以开启EPROM中的监控程序。在用户程序被写进了EPROM的情况下，如果Monitor-51的监控程序保存在了目标系统中，那么就应该对PROMCHECK进行特别指定。该项为可选择项。

例INSTAU 87F0

该命令将定时器2设定为波特率发生器，品振无限制，波特率为自适应。Monitor-51监控程序的内部变量的存储空间为X：0X7F00~0X7FFF。Monitor-51监控程序代码的起始位置为C：0X0000（C表示程序存储单元）。该命令能生成一个MON51.EXE文件，固化在EPROM中即可使用。

INSTALL批处理命令中主要用到的汇编文件是INSTALL.A51，根据硬件配置和存储区的不同情况，会对它做一些修改。

4结语

该仿真器以5l系列单片机为核心，配以少量的外围电路，成功开发了5l系列单片机通用仿真器。设计方案合理，制作简单，价格低廉，推广性极强。将其与Keil软件相结合，可以提供实时仿真开发环境，方便了程序调试，使编程效率得到了极大的提高。

参考文献：

[1]陈晓莉，张俊涛.KEIL C51单片机仿真器的设计[J].微计算机信息，2006，22（5）.

[2]宋志强，方武.基于Multisim 10和Keil C51的单片机仿真[J].计算机时代，2010，（1）.

[3]刘湘涛.单片机应用系统的设计与开发[J].邵阳高等专科学校学报，1995，（04）.

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