单片机教学仿真系统总体设计思路研究

[摘要]单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于人们日常生活的各个领域，在全国高等院校电子信息类专业中，已普遍开设单片机及其相关课程。从加强学生能力培养的要求来看，这类课程仅在课堂上讲授基本原理是不够的，必须在教学中加强实践环节，开出一定数量的高质量的配套实验课或独立的实验课程，让学生有足够的实践机会。那么对于单片机实验教学环境建设就相应提出了较高要求。针对现有单片机实验装置所存在的不足，并结合目前教学中对单片机实验装置的实际需求，提出开发了新型的单片机实验教学仿真系统的思路。

[关键词]单片机教学仿真系统

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1110141－01

单片微型计算机广泛应用于人们日常生活的各个领域，在全国高等院校电子信息类专业中，已普遍开设单片机及其相关课程。在单片机及其接口技术课程教与学的过程中，实验是必不可少的。随着单片机及其接口技术的飞速发展，目前市场上供应的实验仪器并不能完全满足教与学的需求，构建低成本、技术先进、易更新的单片机实验教学仿真系统，对我国单片机课程的教学和我国单片机领域人才的培养具有重大的现实意义。本文针对现有单片机实验装置所存在的不足，并结合目前教学中对单片机实验装置的实际需求，采用模块化结构设计思想，精心设计和开发了新型的单片机实验教学仿真系统。

一、实验平台的MCU选型

据不完全统计，目前全世界微处理器的品种和数量已超过一千多种，流行的体系结构达30多种。其中，8051体系占一多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多家，共350多种衍生品。一个好的单片机实验教学仿真系统必须有与之适合的MCU，本文选用SST公司生产的单片机SST89E564RD。

SST89系列单片机是美国SST公司推出的新一代高性能、高速、低功耗、低电压单片机，其保密性能好，具有高可靠性、高抗干扰等特性。

SST89系列单片机与标准的8051引脚、指令和片内资源全兼容，可直接兼容ATMEL, PHILIPS, WINBOND等系列单片机。芯片内置大容量FLASH，最大容量可达72KB。凡是程序没有用完的剩余空间都可以用于保存数据，因此空间的利用率高，不浪费每一个字节。内部扩展4K/8K EEPROM，掉电后数据不丢失。

SST系列单片机无需使用专业的仿真器，单片机芯片内置了Boot-Strap Loader(BSL)软件，和PC机端的EasyIAP软件配合通过串口将SoftICE仿真软件烧录到单片机中就是仿真CPU。通过串口做程序烧录和仿真，不需要另外烧录器和仿真器，方便开发。可以通过串口在系统仿真，同时内部FLASH支持IAP编程，非常便于现场或远程软件的修改、调试或升级。SST系列单片机系统编程和擦除电压能通过内部升压产生，无需外部添加电路。因此外围元件数量减少，简化了系统设计，PCB面积也随之减小，系统可靠性增加，总体的成本下降。这样一来，减少了电路设计麻烦，使用更方便、更省事，代表了单片机SOC发展方向。

二、系统功能

（一）在线仿真器功能

该系统直接配合KEIL,C51集成开发环境，仿真功能强大。仿真器不仅能对板上的资源直接进行仿真实验，而且还能通过附带的40pin外接仿真头，对外部的其他目标板进行仿真，也就是可以将该系统当作一台51系列的单片机仿真器来使用。

（二）ISP在系统编程功能

该系统含ISP编程接口，通过ISP下载线，配合上位机编程软件，丁以自接对插入锁紧座的单片机进行烧写、编程，下载编程稳定而且速度快。可以编程51系列的单片机，比如AT89S51, AT89S52等，也可编程AVR系列的单片机，比如AT90S8515，ATmega8等。编程软件是无须安装的绿色软件，使用非常方便，而且功能丰富，能读取，能写入，校验代码区数据和自动检测器件，备有“自动完成”功能，一点即可完成所需操作。

（三）单片机实验教学功能

该系统提供了丰富的硬件资源和接口，随机提供了大量的实验例程，有助于教师更好的进行单片机实验的教学以及学生更快更好地学习单片机。所有的实验例程都提供了汇编语言或C51的源代码，是教师进行单片机教学、学生

全面学习单片机知识并提高电子技能的好帮手。

三、单片机程序的建立和仿真调试

单片机开发系统软件包括下面两个方面的内容:单片机程序的建立和仿真调试。建立过程可以分成两步:编译和连接/定位。编译指把高级语言写成的源程序翻译成机器码，此过程由编译器完成。经过编译产生的机器码的地址是浮动的，即地址是相对的，并不能在单片机中执行，要用连接定位器将它们在单片机的绝对地址空间中进行定位，把相应的代码装载到特定的地址中。

目前编译器和连接器一般是由单片机厂家提供。也有一大批由从事编译器/连接器开发的第三方供应商提供，各厂家的软件都有些差异和各自的特色。Intel公司早期是提供16位单片机的编译器和连接器的，后来把这一任务转交给了第三方供应商，如Tasking公司。目前国内的开发者大多采用国外的编译器和连接器，某些汇编语言的编译器是自行开发的，因为汇编语言与机器码是一一对应的，比较容易开发。只有编译器和连接器并不能进行开发，还要一个仿真运行的环境，能够将单片机程序放入仿真RAM或单片机的程序存储器中，控制单片机的运行，如单步运行、到断点、停止，并将运行过程中的状态和内部寄存器内容读出来。早期的开发环境是分离地运行不同的指令。如在DOS操作系统下，先是用文本编辑软件写源程序，然后在DOS系统下运行编译和连接程序，完成后再进入仿真软件进行仿真调试。

参考文献：

[1]杨瑛洁，微机与单片机实验平台的设计与开发.四川：电子科技大学，2004.

[2]马刚，李向仓，用Proteus与Keil整合构建单片机虚拟仿真平台.现代电子技术，2006.

[3]万光毅，严义，单片机实验与实践教程.北京：北京航空航天大学出版社，2003.