當(dāng)前位置:首頁 > 單片機(jī) > 單片機(jī)
[導(dǎo)讀]  MCU(MicrocontrollerUnit)即單片機(jī)是大家都比較熟悉并常用的電子器件,由于其廣泛的應(yīng)用,所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路是電子技術(shù)人員必備的技能。對(duì)于初學(xué)者,可以先從軟件仿真入手。我們知道利用Proteus軟件可以進(jìn)行

  MCU(MicrocontrollerUnit)即單片機(jī)是大家都比較熟悉并常用的電子器件,由于其廣泛的應(yīng)用,所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路是電子技術(shù)人員必備的技能。對(duì)于初學(xué)者,可以先從軟件仿真入手。我們知道利用Proteus軟件可以進(jìn)行單片機(jī)的軟件仿真,Multisim同樣也可以。Multisim是基于SPICE的電路仿真軟件,SPICE(SimulationProgramwithIntergratedCircuitEmphasis)是“側(cè)重于集成電路的模擬程序”的簡(jiǎn)稱,在1975年由加利福尼亞大學(xué)伯克萊分校開發(fā)。在Multisim9中,需要另安裝MultiMCU進(jìn)行單片機(jī)仿真。NI(NationalInstruments)Multisim10將MuitiMCU稱為MCUModule,不需要單獨(dú)安裝,可以與Multisim中的SPICE模型電路協(xié)同仿真,支持Intel/Atmel的8051/8052和Microchip的PIC16F84a,典型的外設(shè)有RAM和ROM,鍵盤,圖形和文字LCD,并有完整的調(diào)試功能,包括設(shè)置斷點(diǎn),查看寄存器,改寫內(nèi)存等。支持C語言,可以編寫頭文件和使用庫,還可以將加載的外部二進(jìn)制文件反匯編。

  這里我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的帶有復(fù)位功能的計(jì)數(shù)器的例子來說明在NIMultisim10中如何進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)以及如何與SPICE模型電路協(xié)同仿真。

  如果你對(duì)Multisim比較熟悉,那一定對(duì)里面的安捷倫(Agilent)54622D混合信號(hào)示波器等儀器印象很深刻吧,因?yàn)樗c真實(shí)的儀器面板和操作幾乎完全一樣。Multisim里象這種模仿實(shí)際儀器的還有安捷倫的33120A任意波形函數(shù)發(fā)生器和34401A萬用表,泰克(Tektronix)的TDS2024四通道示波器。充分利用這些儀器,就好比擁有了一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室,你可以用33120A任意波形函數(shù)發(fā)生器給單片機(jī)提供輸入信號(hào),用54622D或TDS2024示波器觀看模擬信號(hào),或用54622D的邏輯分析儀功能查看單片機(jī)多個(gè)管腳數(shù)字信號(hào)的輸出。在下面的例子里我們將用54622D來觀察復(fù)位信號(hào)。

  搭建電路設(shè)置MCU

  建好的電路圖如圖1所示,各器件的名稱等信息如附表所示。需要說明的是電路圖中的單片機(jī)不用連接晶振也可以進(jìn)行仿真,時(shí)鐘頻率(速度)的設(shè)置見下文。

圖1帶復(fù)位功能的簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)器的電路圖

  搭建電路時(shí),當(dāng)將單片機(jī)U1放入電路圖中時(shí),會(huì)出現(xiàn)MCU向?qū)В鐖D2所示。第一步,分別輸入工作區(qū)路徑和工作區(qū)名稱。工作區(qū)名稱任意,這里輸入MCUCosimWS。第二步,如圖3所示,在項(xiàng)目類型(Projecttype)下拉框有兩個(gè)選項(xiàng):標(biāo)準(zhǔn)(Standard)和加載外部Hex文件(LoadExternalHexFile),你可以在Keil等環(huán)境下編寫匯編和C源程序,然后生成Hex文件,再通過“加載外部Hex文件”導(dǎo)入。限于篇幅這里選標(biāo)準(zhǔn)(Standard),接著在“編程語言”(Programminglanguage)下拉框里會(huì)有兩個(gè)選項(xiàng):C和匯編(Assembly),如果選擇C,則在匯編器/編譯器工具(Assembler/Compilertool)下拉框會(huì)出現(xiàn)Hi-TechC51-Litecompiler,我們這里選擇匯編(Assembly),則出現(xiàn)8051/8052Metalinkassembler。接下來在項(xiàng)目名稱(Projectname)里輸入名稱,如CosimProject。第三步,如圖4所示,對(duì)話框里有兩個(gè)選項(xiàng):創(chuàng)建空項(xiàng)目(Createemptyproject)和添加源文件(Addsourcefile)。選擇添加源文件,點(diǎn)擊完成。保存文件,鍵入M10Cosim作為文件名,然后查看“設(shè)計(jì)工具箱”(DesignToolbox),應(yīng)如圖5所示。


   你可能更愿意用C來編寫程序,而不是匯編,或兩個(gè)都用,或還想引入外部Hex文件,這都可以通過用“MCU代碼管理器”添加MCU項(xiàng)目來解決。在設(shè)計(jì)工具箱里右鍵單擊MCUCosimWS,選擇“MCU代碼管理器”(MCUCodeManager),點(diǎn)擊“新MCU項(xiàng)目”(NewMCUProject)按鈕,選擇“項(xiàng)目類型”(ProjectType),可以是標(biāo)準(zhǔn)(Standard)或加載外部Hex文件(LoadExternalHexFile),這里選“標(biāo)準(zhǔn)”,接著輸入名稱,如Cosim_C_Project,確定后就可以在MCU代碼管理器對(duì)話框里進(jìn)行下一步設(shè)置了,可以創(chuàng)建新文件,設(shè)置匯編器/編譯器等等。如圖6所示,這時(shí)已經(jīng)多了一個(gè)Cosim_C_Project項(xiàng)目(未添加C代碼源文件),前面圖標(biāo)空心的方框說明它不是“當(dāng)前使用的項(xiàng)目”(ActiveMCUProject)。


圖6用MCU代碼管理器添加的新項(xiàng)目

  編寫并編譯MCU源程序

  雙擊CosimProject下的main.asm輸入程序,程序清單及注釋如下:

  由于匯編器是Metalinkassembler,詳細(xì)的宏命令等可以參考其用戶手冊(cè)。編寫好程序后,選擇菜單MCU→MCU8051U1→Build,這里的下拉子菜單可能是“MCU8051U2”或“U3”,主要對(duì)應(yīng)電路圖中單片機(jī)的符號(hào)名稱,Build的結(jié)果會(huì)輸出到SpreadsheetView中。

  運(yùn)行程序并用示波器觀察復(fù)位過程

  匯編程序編譯通過后,就可以回到電路圖窗口,點(diǎn)擊工具欄的運(yùn)行按鈕,這時(shí)在七段數(shù)碼管上就應(yīng)該循環(huán)顯示0到9,如果顯示過快或過慢,可以調(diào)整源程序中的COUNT_NUM,改變延時(shí)時(shí)間,或雙擊U1,在805x對(duì)話框的Value標(biāo)簽里設(shè)置“時(shí)鐘速度”(ClockSpeed)。

  電路中為SPICE模型的C1和R1的作用是延長(zhǎng)復(fù)位引腳保持高電平的時(shí)間,避免因復(fù)位電壓持續(xù)時(shí)間過短而引起復(fù)位失敗。雙擊示波器XSC1,按示波器面板上的Power鍵,打開示波器,點(diǎn)擊工具欄的運(yùn)行按鈕,這時(shí)調(diào)整示波器的電壓和時(shí)間刻度,得到圖7所示的復(fù)位引腳電壓的變化,每個(gè)刻度是100μs,高電平持續(xù)了大概一個(gè)刻度,可見在加電時(shí),單片機(jī)沒有立刻運(yùn)行,有一段延遲,延遲的時(shí)間應(yīng)該足以使其內(nèi)部電壓和振蕩都處于穩(wěn)態(tài)。按下復(fù)位鍵S1時(shí)的波形如圖8所示,這時(shí)每個(gè)刻度是50μs,波形平頂?shù)牟糠质前存I按下的時(shí)間,大概20μs,之后電壓逐漸降低,當(dāng)降到約3V時(shí),7段數(shù)碼管開始計(jì)數(shù),說明單片機(jī)開始工作,由圖8可知復(fù)位時(shí)間被延長(zhǎng)到大概100μs。

  其原理是加電瞬間或按鍵按下到松開之間,電容無電荷,兩端電壓為0V,單片機(jī)的RST引腳的電壓瞬間被提升到VCC(5V)。加電之后或按鍵松開,電容開始充電,兩端電壓逐漸增加,電阻的電壓(RST引腳電壓)由5V逐漸降低,因而延長(zhǎng)了復(fù)位引腳保持高電平的時(shí)間。實(shí)際器件對(duì)復(fù)位持續(xù)時(shí)間的要求一般在兩個(gè)機(jī)器周期,所以100微秒的復(fù)位時(shí)間要求51單片機(jī)的晶振頻率不低于0.24MHz。當(dāng)然一般情況下是根據(jù)晶振頻率確定C1和R1的值,這可以根據(jù)求解一階微分方程得到其充放電時(shí)間,或參考單片機(jī)的用戶手冊(cè)。

  調(diào)試程序

  選擇菜單MCU→MCU8051U1→DebugView,可以看到文本區(qū)上面有下拉菜單并有兩種選擇,對(duì)應(yīng)反匯編(disassembly)和列表匯編(listingassembly),簡(jiǎn)單的說,前者是由ROM的內(nèi)容得到,后者是源文件編譯后的結(jié)果。雙擊“設(shè)計(jì)工具箱”的main.asm,在源文件編輯窗口右鍵單擊語句為“MOVCA,@A+DPTR”的一行,選擇“設(shè)置/清除斷點(diǎn)”(ToggleBreakpoint),在左側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)實(shí)心圓,點(diǎn)擊“運(yùn)行”,程序?qū)⑼T谠撔?,只不過是在“調(diào)試視圖”(DebugView)的列表匯編窗口下,同時(shí)在實(shí)心圓上多出了一個(gè)黃色箭頭。點(diǎn)擊MCU->MCU8051U1->MemoryView,打開MCU存儲(chǔ)器視圖,在該視圖可以查看特殊函數(shù)寄存器(SFR),內(nèi)部RAM(IRAM),內(nèi)部ROM(IROM),外部RAM(XRAM)。在SFR表格內(nèi)觀察ACC的值,此時(shí)應(yīng)該為“00”,在IRAM里觀察地址為21H的值,因?yàn)椤癕OVSP,#20H”語句將21H作為堆棧的第一個(gè)存儲(chǔ)字節(jié)的地址,斷點(diǎn)的前一處語句“PUSHACC”使該字節(jié)存儲(chǔ)ACC的值,此時(shí)也為“00”。再點(diǎn)“運(yùn)行”,程序第二次停在斷點(diǎn)處,觀察SFR中的ACC和IRAM中的21H,如圖9所示應(yīng),兩個(gè)單元格里的值都應(yīng)為“01”,你還可以雙擊該單元格進(jìn)行修改,該值也正是七段數(shù)碼管即將顯示的下一個(gè)數(shù)。點(diǎn)擊MCU菜單,可以看到除了設(shè)置斷點(diǎn)以外還可單步進(jìn)入(Stepinto),遇到函數(shù)時(shí)進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部;跳過(Stepover),即不進(jìn)入函數(shù);跳出(Stepout),即跳出函數(shù)到調(diào)用函數(shù)的下一條語句。

 

圖9MCU存儲(chǔ)器視圖

  結(jié)束語

  本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的電路介紹了在NIMultisim下如何進(jìn)行SPICE模型(這里主要指C1和R1)和8051MCU協(xié)同仿真。NIMultisim10不但有多種編譯和調(diào)試功能,還提供了RAM,ROM,鍵盤,液晶屏等外設(shè),是初學(xué)單片機(jī)的理想工具。掌握了基本的硬件結(jié)構(gòu),匯編指令和調(diào)試方法后,讀者可以利用Multisim開發(fā)更復(fù)雜的系統(tǒng)并仿真,為下一步設(shè)計(jì)實(shí)際的硬件電路做準(zhǔn)備。

  說明:因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流是有限制的,不能太大,否則會(huì)燒毀單片機(jī)的。所以應(yīng)在數(shù)碼管的CA端和VCC端之間接一個(gè)限流電阻(100歐姆);或者在單片機(jī)與數(shù)碼管之間接入一個(gè)排阻(7個(gè))也可以,這樣仿真時(shí)就不會(huì)燒毀單片機(jī)了。

 

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉