基于IAP15F2K61S2单片机的在线仿真功能的实现

基于IAP15F2K61S2单片机的在线仿真功能的实现文/杜洋有单片机初学者问了我这样一个问题：单片机真是个好东西，可以实现我的很多想法，就是在编程开发的时候太麻烦，每次改动都要重新编译、下载，再等待着问题的出现。仅调试一个参数就要花上几个小时的时间。对于我们这些没什么经验的编程菜鸟来说太麻烦了。我想单片机技术发展至今，应该有更便捷的开发工具吧。杜老师你平时是怎么开发单片机软件的？有什么秘诀传授一下呗！我的回答是：当然有秘诀，那就是使用“仿真功能”。什么是仿真？它如何实现更快捷的开发呢？详见下文。【什么是仿真】什么是仿真？我们举一个汽车设计的例子来说明一下吧。大家一定在影视剧或电视广告中看过这样的镜头：在一个大大的厂房里，一辆崭新的小汽车正在以很高的速度撞向一面厚厚的水泥墙。坐在车上的两个人面不改色心不跳，一动不动地等待着死亡。他们为何如此冷静，因为“他们”是实验用的假人。说时迟那时快，汽车已经撞到了墙上，巨大的声响夹杂着飞溅的碎片充满了空间，汽车在撞击中破了相。旁边的几台高速摄像机记录下了这一切。这是一次真实的撞击实验，目的是为了得出这款车型在出现意外时，是否能保住人的小命。安装在假人身上的传感器所得出的数据，能帮助 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师们发现安全隐患，改进汽车的设计。可以说以上就是一次仿真，一辆真车和两个假人有 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 地撞墙，模拟了真实车祸情况。仿真让实验变得可能，因为没有一个真人愿意坐在车里参与这场实验。当真实情况很难在开发时再现时，仿真就可以帮助开发者完成必要的实验。这就如同单片机开发中，我们在自己的实验板上去开发一款产品一样。当我们设计好了一个产品的功能，我们要在实验板上模拟用户的操作，看看操作是否正常，产品的反应速度和稳定性如何。这些都是在仿真——模仿用户使用的真实情况。有朋友会问了：如果这就是仿真，那还有什么好讲的呢？嗯，如上所说的仿真只是广义上的仿真，凡是在实验室里用实验板或工程样机模拟用户使用的过程，都可以算是仿真。而还有一种狭义的仿真，就是下面要重点介绍的内容。再说回到汽车撞击的实验吧。后来呀，汽车公司的老板在办公室里坐不住了。因为每当从外面传来一声巨响，他就知道又有一辆新车被撞得稀巴烂，一阵痛苦涌上心头。虽然理性上明白，这是为了开发出更安全的汽车，可是感性上还是不喜欢这种烧钱的行为。人们常说利益推动科技进步，当老板的利益受损，自然就会有高科技问世。不久，工程师们用上了一种电脑仿真软件，它采用了虚拟现实的技术，只要在电脑上按几个钮，输入一些汽车的参数，一台虚拟的汽车就出现在屏幕上。这辆虚拟车能和真车一样撞击、飞溅，然后得出一大堆接近真实的数据。不仅能模拟真实的撞，还能歪着撞，倒着撞，飞起来撞，飞起来转体360度地撞。还能暂停时间，一步一步撞，或者只看撞击中某一秒的数据。这一技术完全超越了真实实验，撞击再也不用耗人耗时了，新车的开发速度也快了很多，大大降低了成本。汽车公司的遭遇在单片机公司也同样发生着，各种仿真软件如雨后的水泡子般越来越多。有的直接在电脑上虚拟仿真，还有的用一种叫仿真器的东西，让实验板与电脑连接，给实验板或工程样机增加了单片机实物所不能达到的仿真功能。其中最重要的一个功能就是“单步运行”了。在仿真软件里，把单片机从上电开始以正常的速度一直运行下去的过程叫“全速运行”。相对的，如果单片机只运行程序中的某一条或几条程序就是单步运行了。在非仿真的情况下，单片机是不能单步运行的。那单步运行有什么用呢？呵呵，单步运行非常有用呀，甚至可以说是一项单片机开发的重大进步，就如同录音带和MP3的区别一样。录音带在听歌的时候必须从头听到尾，如果想换歌就得花时间倒带，而且你也不能精准地倒到下一首歌的开始处。而MP3不是连续的线性存储，你可以随意换歌，还能把任意的一段反复听。在单片机的开发中，我们为了测试某个部分的功能，必然要从头运行，再跳过不必要部分才能达到。大把的时间浪漫在多余的劳动上面了，现在有了单步运行，你想到哪就到哪，你想反复运行某段程序也没问题。期间你还能修改大部分参数，不仅能模拟真实的运行，还能歪着运行，倒着运行，飞起来运行，飞起来转体360度地运行。好玩吧！？而本文要介绍的是仅使用单片机的“片上传真”。片上仿真是基于单片机本身的仿真，也就是说只要一片单片机，不需要额外购买别的东西，就可以实现仿真。对于单片机爱好者来说，片上仿真是最高性价比的选择，你甚至不需要修改电路，用给单片机下载HEX文件的电路就能实现仿真。各大单片机公司都已开发出不同性能的支持片上仿真的单片机。其中STC公司有一款性能很不错的片上仿真单片机——IAP15F2K61S2。下面我就给大家介绍一下片上仿真环境的建立，还有进入仿真界面的操作流程，最后以一个实例告诉大家如何进行仿真调试。这是一些非常简单的操作，只要按照本文的步骤操作，就一定能顺利学会。带有仿真功能的单片机IAP15F2K61S2【仿真电路连接】建立单片机仿真环境，最主要的工作是设置软件的参数，而硬件电路的连接是很简单的事。如果你已经根据本书第一章的内容制作出了ISP下载线，并成功地给单片机写入了HEX文件。那么从某种意义上讲，你已经完成了单片机仿真的硬件电路连接。也就是说，单片机仿真电路与ISP下载电路是完全相同的。如果是这样，我为什么还要花时间来讲仿真电路的连接呢？因为虽然电路连接相同，但单片机不同了。所以我们不能使用STC12C5A60S2和STC12C4052AD来仿真，因为这两款芯片不带仿真功能。而唯一带仿真功能的单片机IAP15F2K61S2是最新发布的15系列单片机，它有着不相同的引脚定义。我们只要熟悉了它的新引脚定义，再来制作电路就不难了。首先最明显的是引脚定义的不同，虽然IAP15F2K61S2也是40脚的单片机，但如果把它直接插在我们做好的ISP下载线里，你会发现单片机是不工作的。不仅IO接口不兼容，连VCC电源输入的位置也不同。接下来是外部晶体的使用，IAP15F2K61S2单片机不需要接外部晶体，因为它的内部集成了一个高精度的时钟源，可以用软件设置成5~30MHz的时钟频率。这一改进对我们使用者的意义是：不论我们做何应用，都不需要外接晶体的电路了。只要连接VCC和GND，单片机就可以工作。再连接TXD和RXD，单片机就能ISP下载和仿真了。可仿真单片机IAP15F2K61S2下载/仿真电路原理图【新建仿真环境】硬件电路连接完毕后，下面开始步骤较多的软件设置，请大家一定按我的步骤仔细进行。第1步：下载到STC-ISPV6.36软件，目前只有V6.36及以上版本支持仿真功能。第2步：点击软件右侧的“KEIL关联设置”选项卡。仿真相关的操作都在这个选项卡里完成。第3步：接着点击“添加MCU型号到Keil中”。这个操作效果是把STC芯片的仿真程序与KEIL软件绑定在一起，这样KEIL软件中的仿真功能才能操作STC单片机硬件。第4步：在弹出的“浏览文件夹”窗口中找到KEIL软件的安装目录，并点击“确定”。（默认是在C:\Keil中）第5步：点击“将IAP15F2K61S2设置为2.0版仿真芯片”，在此处可以仿真的芯片有两款：IAP15F2K61S2和IAP15L2K61S2，前一款是F 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示5V电源电压的芯片，后一款是L表示3.3V电源电压的芯片。我们以5V芯片为例。第6步：按下第5步的按钮后，按键变灰，下方状态窗口出现“正在检测目标单片机…”。这个提示的意思是你需要给单片机重新上电了，和之前给单片机写入HEX文件的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 相同。此时在硬件上给单片机冷启动，即会出现下载程序的提示，最后显示下载完成。大家可能不明白了，不是要仿真吗，为什么还要下载程序呢？其实这次下载的是仿真所需要的仿真处理程序，而不是我们要运行的HEX程序文件。仿真处理程序的功能是接收KEIL软件通过串口发出的仿真指令，再用这个指令去操控单片机寄存器和IO接口什么的。由此可见仿真处理程序是必不可少的哦。第7步：打开KEIL，打开你想要仿真的项目，我打开一个P1接口流水灯的程序，一会我们也以此为例详细讲解。第8步：点击TargetOptions按键，或在菜单栏中点击ProjectàOptionsforTarget。第9步：进入Options窗口后，点击Device选项卡。第10步：在Database下拉列表中选择“STCMCUDatabase”项。选中后就会出现STC系列单片机的型号。第11步：在左侧型号中选择“STC15F2K60S2”项。这里选的是系列型号，包括同系列的很多款单片机。第12步：选择“Debug”选项卡。这里面都是与仿真相关的设置。第13步：选中窗口右上方的项目。第14步：在下拉列表中选择“STCMonitor-51Driver”项。第15步：选择好后，点击右侧的“Settings”按钮。第16步：在弹出的窗口中可以设置仿真用串口通讯的串口号和波特率。串口号就选择单片机正在使用的串口。第17步：在波特率下拉列表中选择115200或57600，这个部分涉及到仿真的稳定性。所以要根据你的经验来设置。如果你是第一次使用，可以多设置几个值看看，哪一个最稳定就用哪个。如果仿真时出现错误提示也可能与此有关。第18步：设置完成后回到主界面。点击DebugàStart/StopDebugSession或按键盘上的Ctrl+F5开始仿真。这个操作是开始或停止仿真的切换按钮。如果我们之前的设置都是正确的，单片机硬件也接通了电源，这时KEIL软件会切换到仿真界面。第19步：点击仿真界面下的“Run”按钮或按键盘上的F5键就能全速运行程序了。如果一切正常，你将会在单片机硬件电路上看到8个LED顺序点亮，呈现流水灯效果。想复位单片机，可以按左边的“RST”按钮。第20步：在全速仿真运行的状态下，点击“Stop”键停止仿真。注意：如果在进入仿真界面或点击“Run”按钮后，出现如上图的提示窗口。则表示你之前的设置存在问题，或者是硬件电路的部分有异常。解决的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是：首先把KEIL软件退回到正常编程状态，然后重新给单片机上电，再尝试进入仿真界面。如果还不行，则重新给单片机下载一次仿真处理程序。还不行的话就选择KEIL仿真设置里的其他波特率，再重复前面的尝试。最后实在没有办法的话就只能重启电脑试试了。【流水灯程序仿真实例】以上是仿真环境的建立和基本的仿真程序运行方法，下面我们就以流水灯的程序为例，讲一下仿真的过程与技巧吧。首先要做的是在单片机的P1接口上接8个LED灯，流水灯程序运行起来的时候，8个LED灯会按顺序亮起。因为LED在单片机所产生的电流不大，所以可以不加限流电阻器。接下来就是加载流水灯的程序，这个部分大家当然可以自己来写，并不复杂。但为了保证仿真时不会因为程序的问题而导致错误，我还是写了一个标准的流水灯程序。建议大家第一次仿真时，还是用我给出的标准程序来使用，当你熟悉了仿真之后，再仿真自己的程序，这样能避免不少问题和麻烦。流水灯程序的硬件电路图电路在面包板上连接的照片/*************************************************************************/程序名：　　P1组接口流水灯编写人：　　杜洋　编写时间：　　2013年4月11日硬件支持：　　STC单片机接口说明：　　P1接口接8个LED，灌电流/*************************************************************************/#include//单片机头文件voidDELAY_MS(unsignedinta){//延时程序unsignedinti;while(a--!=0){for(i=0;i<600;i++);}}/*************************************************************************/voidmain(void){unsignedchara,i;while(1){a=1;//初始值for(i=0;i<8;i++){//循环8次P1=~a;//将a的值取反送入P1接口a=a<<1;//a值左移DELAY_MS(100);//延时}}}/*************************************************************************/流水灯源程序仿真调试界面介绍仿真调试窗口介绍打开流水灯的工程文件，进入仿真调试界面。这时可以看到界面中包含了很多大小不同的窗口，它们都是干什么的呢？这里我们只介绍最重要的3个窗口的应用吧。在界面右侧上方较大的窗口是汇编语言调试窗口，里面既有C语言（我们写的源程序），还有软件自动编译出的汇编语句。要知道，单片机是不能直接读懂C语言的，这对它来说实在太难了。所以KEIL软件要先把C语言转成汇编语言，显示在汇编语言调试窗口上。在仿真的过程中，软件真正执行的是这些汇编的语言。而如果窗口中都是汇编的语言，我们调试人员又很难看出这些汇编语句与C语言源程序的对应关系。于是软件在这个窗口中先显示一行C语言，再在其下面显示这行C语言所转换成的汇编语言。在汇编语句的左侧有一个黄色的小箭头，这个被称为“程序运行指针”。它所指向的汇编程序行就是仿真软件正在执行仿真的那一行。大家从此可以看出每一行C语句都会转换出至少3行汇编语句。也就是说，要执行3步以上的汇编语句才能完成1行C语言的指令。了解这一点是非常重要的。在汇编语言调试窗口的下面是C语言源程序调试窗口，我们的源程序就在此处供你参考。在窗口的左侧也有一个小黄箭头，与汇编语言调试窗口里的黄箭头对应。双击源程序中希望仿真的那行，就能让黄箭头跳到对应的位置，再点击单步运行，就会从这一行开始运行。值得注意的是，看到这个窗口的时候，大家一定会以为在调试的过程中只要改动源程序调试窗口里的内容，再点击运行，就会执行新的程序，但事实并不是这样的。源程序调试窗口只是给我们调试时考虑的，在这里修改是不能被更新仿真的。所以我们还需要退出仿真界面，在KEIL的编译界面下修改，再进入仿真界面仿真。虽然有点麻烦，但相比于把程序用ISP下载到单片机里调试可要方便得多。在界面最左边的一个纵向的矩形窗口是寄存器调试窗口，这个部分显示的是单片机内部与运算有关的寄存器。包括R0到R7，PSW，加法器a等。在仿真调试的过程中，这些数据的值会随着程序的运行而改变。你可以观察这些数值是否如你意，同时还可以修改数值到你希望的状态，再运行程序，程序会按你设置的数值运行。非常方便。仿真调试相关按钮好了，现在就来仿真流水灯的程序看看吧。在仿真界面的左上角有一排按钮，它们是控制仿真的操作按钮。它们从左到右依次是“复位”“全速运行”“停止”“单步运行”“跳过子函数”“退出子函数”和“运行光标行”。这些按键就好像DVD播放机上的操作按键，可以正常播放、快放、慢放、单帧步进。仿真按钮就是DVD机的遥控器，你完全可以这样理解。“复位”按钮相当于DVD机上的归零键，即把播放的时间设置到00：00，也就是从头播放。按下后，仿真软件会把单片机复位，随后的运行就是从程序最初状态开始的。“全速运行”相当于DVD机上的播放键，按下后程序会以正常的速度仿真，其效果和把HEX文件下载到单片机上运行的效果相同。“停止”按钮相当于DVD机上的停止键，无论程序运行到什么地方都要停下来。因为只有停止运行才能设置参数、修改源程序。“单步运行”就是DVD机上的单帧步进按键，可以一帧一帧地看画面，从而发现容易闪过的细节。点击“单步运行”，仿真软件只走一步，仅运行一行汇编程序。在你想知道程序在某处时到底发生了什么，单步运行是最好的查看方式。但假如程序很长很长，中间又有很多子程序，要走到想调试的某处并不容易。这时就要用到下面3个按钮。“跳过子函数”就是在当前的程序中不进入任何子函数的单步运行。例如现在调试流水灯程序，我们只希望看到灯流动时的几个关键点的状态，这样自然不需要进入延时函数。点击“跳过子函数”就不会进入延时函数，只在改变IO接口状态的主函数部分运行。要是不小心进入了延时函数怎么办？点击“退出子函数”按钮可以跳出当前的函数，回到上一级函数。如果当前在主函数里的话，这个按钮是灰的（不能点击）。如果你还是感觉不方便，那“运行光标行”按钮一定适合你。点击它可以跳到汇编语言光标所在的那一行，不论那一行离当前运行的行有多远，都会跳过去运行。与前几个按钮相比，“运行光标行”看上去像超人一样可以飞到任何地方，可是它并不会运行中间的程序部分，如果中间程序中有一些必须被运行的部分，那“运行光标行”将会错过这些程序而使寄存器的数值混乱。就好比你看一部电影，刚看完前3分钟，你就突然跳到40分钟处，而中间37分钟的剧情你全然不知。电影是线性的，单片机程序也是。所以在你没有把握的情况下尽量不要用“运行光标行”。仿真功能给调试带来许多方便，但也要谨慎使用仿真按钮，不要让程序失灵才是。在流水灯的例子中，程序里的函数关系相对简单。只要一直点击“跳过子函数”按钮就可以避开延时函数的单步运行。每点击一次，你看发现在汇编调试窗口中的黄指针向下移动了一行，而每移动3行（某些程序行数更多）才完成1行C语句。在运行到“P1=~a;”这行时，你会看到在硬件电路中，第一个LED灯点亮了。然后跳过了延时程序，当再一次来到“P1=~a;”这行时，第二个LED灯点亮，第一个LED灯熄灭。在这个过程中，你能发现寄存器调试窗口中的数值在不断变化，那些值就是单片机真实运行时的参数。如果你足够认真，你会发现我们在C语言文件中定义的2个变量a和i是和寄存器R0~R7中的某2个对应的。也就是说，我们定义的变化，其实就是单片机寄存器上真实的寄存单元。如果你找到它们，并修改这些值，没错，接下来的运行效果就不同了。在不断点击下去，LED灯继续变化，直到一个循环结束和另一次循环的开始。熟悉了单步运行之后，再点击“全速运行”看看，那将是一个与真实无异的单片机运行状态，LED以很快的速度流动着，好像一部正常速度播放的电影。接下来，请把你之前学过、用过的程序，都用仿真的方法运行一次吧。你一定会遇到问题，不过没有关系，在不能运行或死机时，重新开始就行了。仿真不比真实，会有一些不确定的因素出现。把握它们，解决它们。