“三大利器”构建单片机仿真实验平台

摘要:为了加强单片机课程的教学改革,不断提高单片机课程实验环节教学质量,本文将借助三个实用软件,介绍几种搭建单片机仿真实验平台的方法,利用这些方法可以将单片机实验室“搬进”学生寝室,教师可以任务驱动的方式提高学生的参与性,并具有实验时间不受限制,有效降低实验成本和设计风险等优点,有利于培养学生的创新能力。

关键词:单片机;教学改革;仿真实验平台

目前,我国许多高校都应社会发展和市场需求在不同的专业开设了单片机课程,这无疑推动了单片机技术在实际生产生活中的应用,缓解了社会对单片机应用人才的需求压力,推动了大学生就业。然而单片机课程又是一门实践性很强的课程,要想在教学过程中取得较好的效果,就必须要求学生在学习过程中多动手实践,这对开设这门课程的学校而言又提出了一定的要求,也就是要提供较好的实验环境,甚至要模拟企业的环境组建单片机开发工作室,让学生在“做中学”,真正的玩转单片机,否则会出现部分学生感到枯燥难学、教师感到吃力难教这样的尴尬。

单片机技术的发展,也推动着单片机开发工具的不断推陈出新,典型的有WAVE6000、Keil C51以及Proteus等,这些软件的推出给单片机学习、单片机设计与开发带来了方便,也可以很好地解决一部分学校因实验条件不足或实验室资源不充分而带来的问题,我们在这里向大家介绍WAVE6000、Keil C51和Proteus这三个软件在构建单片机仿真实验平台过程中的应用方案,它可以将单片机实验室“搬进”学生寝室,教师可以按任务驱动的方式提高学生的参与性,并具有实验时间不受限制,有效降低实验成本和设计风险等优点。

1WAVE6000软件简介

1.1 WAVE6000的特点

WAVE6000是一款功能强大的单片机程序编辑、调试、仿真的Windows软件。该软件可以配合伟福公司开发的硬件仿真器进行仿真,也可以单独进行单片机的软件模拟仿真,结合一台编程器,就可进行低投入的单片机开发工作。WAVE6000的特点如下:

(1)界面友好的集成开发环境。WAVE6000整成开发环境的中/英文界面可任选,用户源程序的大小没有任何限制。有丰富的窗口显示方式,多方位、动态地展示单片机仿真的过程,使用极为便利。

(2)提供软、硬件仿真两种工作模式。

(3)真正的集成调试环境。集成了编辑器、编译器、调试器,源程序的编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境下完成,并且支持多种不同的单片机。

(4)多语言、多模块混合调试。在线直接修改、编译、调试源程序。如果源程序有错,可直接定位错误所在行,并提供第三方编译器的接口。

(5)功能强大的变量观察。

(6)外设管理功能。让您方便的在调试程序的过程中,观察到端口、定时器、串行口中断、外部中断相关的寄存器的状态,更可以完成这些外设的初始化程序。

(7)独特的反汇编功能,可以将机器码反汇编成工整的汇编语言,丢了源程序,它可帮你迅速恢复。

1.2使用WAVE6000调试汇编语言程序的步骤

第1步:建立源程序。选择主菜单中“文件”→“新建文件”,出现一个文件名为NONAME的源程序窗口,在此窗口中输入程序。

第2步:保存源程序。选择主菜单“文件”→“保存文件”,指定文件所要保存的路径,输入文件名,注意文件的后缀名必须为ASM。

第3步:建立新的项目。选择主菜单“文件”→“新建项目”,加入模块文件(添加上一步保存的源程序文件),加入包含文件(可以不作选择),保存项目。

第4步:设置项目。选择主菜单“设置”→“仿真器设置”。当仿真头对应的单片机、所使用的语言以及晶振频率等项目设置好后,可再次保存项目。

第5步:编译程序。选择菜单“项目”→“编译”。在编译过程中,如果有错,可以在信息窗口中显示出来,并给出错误类型和错误代码以及错误所在的行号,双击错误信息,可以在源程序中定位所在行。纠正错误后,再次编译直到没有错误。在编译之前,软件会自动将项目和程序存盘。编译程序过程只能发现和解决程序中的语法错误。

第6步:调试程序。在编译过程没有语法错误之后,就可调试程序了。WAVE6000提供了多种不同的调试方式,如单步运行、单步跟踪、连续运行、运行到断点等,也提供了丰富的观察窗口,以满足用户在调试程序过程中,观察各种片内、外存储器、寄存器、I/O端口的变化情况等。如果是纯软件程序的调试(不涉及单片机外围的接口电路),完全可以在WAVE6000中调试完成,否则,推荐使用WAVE6000与Proteus软件相结合的方式搭建单片机仿真实验平台,这也是本文要重点推介的。

1.3在WAVE6000中使用第三方编译器C51

WAVE6000自身只带有汇编语言编译器,若要进行C语言的开发,还必须借助于第三方的C语言编译器。通过WAVE6000提供的第三方编译器的接口,在WAVE6000环境下可以实现第三方编译器C51的安装和使用。具体步骤如下:

第1步:安装Keil uVision3软件,默认文件夹为C:\Keil,该软件包括C51编译器。

第2步:启动WAVE6000,通过主菜单的“仿真器”→“仿真器设置”→“语言”命令,在弹出的对话框中将“编译器路径”指定为C:\Keil\C51\BIN,然后单击“确定”按钮。

经过以上步骤后,我们就可以在WAVE6000环境中进行C语言程序的编写、编译、仿真及调试等开发工作了。由于篇幅有限,具体开发过程本文不再详述。

2Keil uVision3简介

2.1 Keil uVision3的特点

随着单片机开发技术的不断发展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机的开发软件也在不断发展。Keil是目前最流行的51单片机开发软件,各仿真机厂商都宣称全面支持Keil的使用,对于使用C语言进行单片机开发的用户,Keil已经成为必备的开发工具。

Keil提供了一个集成开发环境uVision,本文介绍的是Keil uVision3版本,相对于以前的版本,其各方面功能有所增强,它包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。利用该软件进行单片机应用程序开发的大致过程为:先用编辑器编写源程序,接着调用编译器进行编译,连接后即可直接运行。

2.2使用Keil uVision3调试程序的步骤

由于目前绝对多数单片机仿真器生产厂家的广泛支持,目前Keil uVision在单片机设计与开发企业、高校得到了广泛的应用,对于该软件的使用方法和调试程序的过程有一一定的了解,本文在此不作详细的介绍,重点介绍该软件在搭建单片机仿真实验平台中时所发挥的作用。

3Proteus软件简介

Proteus软件是一款在国内开始广泛流行的EDA软件,该软件具有模拟电路、数字电路仿真,单片机及其外围电路组成的系统的仿真,RS-232动态仿真,I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统的仿真,以及各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。该软件目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM以及各种外围芯片。总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。

学生首先在Proteus软件中自己搭建电路,编写程序(或将在WAVE6000、Keil uVision环境中生成的目标代码文件加载至图中单片机中),将整个系统首先在Proteus软件环境中实现,并调试通过,然后利用我们的模块化硬件实验板去下载程序,观察硬件的运行结果和软件环境的仿真结果做比较,这样做的好处是学生不再是做简单的验证性实验,而是一个实验的设计者,或者是一个产品或者小系统的设计者,这种流程非常好的培养了学生的工程素养,加强了学生读图和识图能力,提高了学生的动手能力。再有,有些学生在课上根本完成不了实验,可以在课下继续完成,还有一些同学已完成实验,但需要在实验基础上改进和提高,由于Proteus是纯软件环境,所以学生可以在自己寝室或普通的机房很方便的完成设计过程。

4WAVE6000与Proteus的组合方案

前面已经对WAVE6000、Keil uVision3和Proteus等三种软件作了简单的介绍,虽然没有就它们的实际操作过程作详细的介绍,但对它们的功能基本有一定的了解,熟练使用它们进行单片机的实验和开发工作只是时间问题。

现在给大家介绍WAVE6000与Proteus的组合构建单片机仿真实验平台的方案,其实也很简单,虽然WAVE6000具有多种调试方式和一定的仿真能力,但是如果将WAVE6000与Proteus加以组合,其仿真的功能和效果就不同一般了。我们可以利用WAVE6000软件汇编或编译生成的结果(*.hex或*.bin),然后将它们加载到Proteus软件中针对相同项目的电路图中的单片机芯片,就可以看到Proteus中基于原理图的仿真效果,实现单片机应用系统硬件电路的“软仿真”功能。

当然,这里必须说明的是,按照这种组合方案,WAVE6000只是负责生成目标文件,而Proteus利用目标文件的加载驱动电路工作,两个软件分开使用,分别完成不同的工作。但在建立各自的项目文件时,对单片机的型号及晶振时钟的设置最好是一致的。

5Keil uVision3与Proteus的组合方案

5.1准备工作

在进行这一步的工作之前,首先确定自己的PC机已经安装Keil uVision3集成环境,然后访问Proteus官方网站http://www.labcenter.co.uk/support/vdmkeil.cfm,下载Proteus VSM Keil驱动程序,该驱动程序的安装文件名称为vdmagdi.exe。

5.2安装Proteus VSM Keil驱动程序

双击vdmagdi.exe图标,出现安装界面,在安装过程中,需要进行以下工作:

(1)选择安装AGDI Drivers for uVision3;

(2)选择Keil uVision3的安装目录(默认为C:\Keil文件夹);

(3)选中驱动8051 AGDI Driver[VDM51.DLL]。

5.3 Keil uVision3和Proteus的设置

第1步:启动Proteus软件,打开要仿真的工程文件,选择主菜单项“Debug”→“Use Remote Debug Monitor”,当第一次选择时该项时,Windows会提示是否解除其阻止,一定选中解除阻止,否则网络连接无法建立。

第2步:编辑AT89C51属性对话框,将其程序文件设置为空。

第3步:进入Keil uVision3环境,打开Proteus仿真项目对应的Keil中的工程。

第4步:选择主菜单项“Project”→Options for Target ‘Target 1’,在Device选项卡中,选择AT89C51单片机(与Proteus工程中的单片机芯片一致);在Debug选项卡中的仿真器设定栏目选择“Proteus VSM Simulator”,并点击Setting按钮。

设定IP地址为127.0.0.1,端口为8000,如果不在同一台计算机上,则要设定为Proteus软件所安装的计算机的IP地址,默认的端口号为8000。

5.4 Keil uVision3和Proteus的调试过程

第1步:在PC机上分别启动Proteus和Keil uVision3,并分别针对同一项目打开对应的工程文件;

第2步:在Keil uVision3中对源程序进行编译,确定程序没有错误的情况下,通过主菜单项“Debug” →“Start/Stop Debug Session”启动Keil调试器,同时Proteus中的仿真功能也已经启动,等待执行命令。

第3步:通过Keil uVision3主菜单项“Debug”中的各种调试功能菜单项,对工程文件进行调试运行,然后在Proteus窗口中观察程序运行时的仿真效果。

这种方案的优点是真正的实现组合使用,即实现了由Keil uVision3调试器驱动Proteus原理图工作。

参考文献:

[1]江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选[M].北京:清华大学出版社,2008.

[2]张建军.单片机应用基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]舒伟.单片机原理与实训教程[M].北京:科学出版社,2008.

[4]李忠国,陈刚.单片机应用技能实训[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[5]李学礼.基于Proteus的8051单片机实例教程[M].北京:电子工业出版社,2008.

[6]彭勇.单片机技术[M].北京:电子工业出版社,2009.

[7]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].北京:电子工业出版社,2009.

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