Multisim14電子系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì) 課件 第12章 MultiMCU單片機(jī)仿真

第12章MultiMCU單片機(jī)仿真CHINAMACHINEPRESS機(jī)械工業(yè)出版社12.1引言MultiMCU是Multisim14的一個(gè)嵌入組件，可以支持對(duì)微控制器（MCU）的仿真。對(duì)于很多的電路設(shè)計(jì)，MCU是一個(gè)非常有用而且不可缺少的部件。大多數(shù)的嵌入式控制系統(tǒng)或智能設(shè)備，都是以某種MCU為控制核心，所以在電路仿真中加入對(duì)MCU仿真的支持可以大大拓展Multisim14電路仿真的適用范圍。一個(gè)現(xiàn)代的MCU一般就是一個(gè)包括了CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備的芯片，應(yīng)用MCU可以大大減少元器件的數(shù)量和尺寸，有助于獲得高效率和高可靠性。12.2單片機(jī)仿真電路的建立采用MultiMCU進(jìn)行單片機(jī)仿真，包括3個(gè)步驟：即建立單片機(jī)仿真電路；編寫和編譯單片機(jī)仿真程序；在線調(diào)試。1.添加單片機(jī)：在菜單欄中單擊“New”命令，新建一個(gè)電路窗口。單擊元器件工具欄中的按鈕，或者在Multisim菜單中選擇“Place”→“Component”命令，系統(tǒng)彈出如圖12-1所示的元器件庫(kù)選擇窗口。12.2單片機(jī)仿真電路的建立“MCUWizard”界面第一步“MCUWizard”界面第二步“MCUWizard”界面第三步12.2單片機(jī)仿真電路的建立2.設(shè)置單片機(jī)：在此窗口中可以對(duì)單片機(jī)的屬性進(jìn)行設(shè)置。本例中主要對(duì)“Value”選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置，包括RAM、ROM和Clock頻率等。12.2單片機(jī)仿真電路的建立3.添加其他外圍設(shè)備：按照前面章節(jié)中介紹的方法添加其他外圍設(shè)備。本例中還需要添加開關(guān)組、LED、電源和地。12.2單片機(jī)仿真電路的建立

MultiMCU中的805x系列和PIC系列單片機(jī)均可支持匯編程序及C語言程序的編輯輸入。MultiMCU組件內(nèi)嵌了匯編器及Hi-Tech的C語言編譯連接器，利用MultiMCU就可以很方便地進(jìn)行單片機(jī)匯編程序和C語言的開發(fā)。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序1.建立匯編語言工程：在Multisim14界面左側(cè)的“DesignToolbox”列表框中打開input_output工作空間，鼠標(biāo)右鍵單擊工作空間名，選擇“AddMCUProject”選項(xiàng)。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序2.編寫匯編語言應(yīng)用程序：鼠標(biāo)右鍵單擊“input_output_asm”工程名，選擇“AddNewMCUSourceFile”命令，系統(tǒng)彈出如圖12-8的對(duì)話框，選擇“AssemblyFile(.asm)”選項(xiàng)，并命名為“input_output_asm”。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序3.設(shè)置MCUCodeManager在“MCUCodeManager”對(duì)話框中可以添加和刪除工程、添加文件到指定的工程、激活指定的工程；針對(duì)每個(gè)MCU工程，可以指定中間文件和可執(zhí)行文件所在的目錄、匯編/編譯工具、可執(zhí)行文件的類型，以及用于仿真的機(jī)器代碼文件。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序4.編譯程序在Multisim14菜單中選擇“MCU”→“MCU8051U1”→“Build”命令，對(duì)激活的工程進(jìn)行編譯，執(zhí)行結(jié)果在下方的編譯結(jié)果窗口中顯示。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序4.編譯程序在Multisim14菜單中選擇“MCU”→“MCU8051U1”→“Build”命令，對(duì)激活的工程進(jìn)行編譯，執(zhí)行結(jié)果在下方的編譯結(jié)果窗口中顯示。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.1應(yīng)用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序1．建立C語言工程2.編寫C語言應(yīng)用程序3.設(shè)置MCUCodeManager4.編譯程序12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.2應(yīng)用C語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序#include<htc.h>delay(unsignedchart){unsignedchari;for(i=0;i<t;i++);}

voidmain(){unsignedcharswitchs;while(1){P2=P1;

delay(3);}}

MultiMCU支持第三方的編譯器，可以將第三方編譯器（如Keil51）生成的可執(zhí)行代碼，如*.hex文件，直接導(dǎo)入到MultiMCU中，然后進(jìn)行仿真。本例中假定第三方編譯器生成的可執(zhí)行文件為input_output_e.hex。12.3單片機(jī)編程語言及編譯連接12.3.3應(yīng)用第三方編譯器生成的可執(zhí)行文件

MultiMCU不僅可以進(jìn)行MCU的仿真，而且還支持在線調(diào)試功能，可以一邊調(diào)試一邊在電路仿真窗口上觀察到仿真輸出結(jié)果，非常方便設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。MCU具有各種調(diào)試工具，不僅給用戶提供了在指令級(jí)別（斷點(diǎn)和單步執(zhí)行）上執(zhí)行代碼的控制功能，也提供了MCU內(nèi)部存儲(chǔ)器和寄存器查看功能，可以在仿真過程中實(shí)時(shí)察看MCU內(nèi)部寄存器的變化。12.4單片機(jī)在線調(diào)試12.4.1MultiMCU在線調(diào)試功能介紹1.打開調(diào)試窗口在Multisim14菜單中首先選擇“Simulate”→“Run”,然后選擇“MCU”→“MCU8051U1”→“DebugView”命令，打開如圖12-11所示的調(diào)試窗口。點(diǎn)擊窗口頂端“Projectdisassembly:input_output_c”，調(diào)試窗口可在反匯編或源代碼兩種方式之間切換。12.4單片機(jī)在線調(diào)試12.4.2單步在線調(diào)試應(yīng)用程序

2.打開內(nèi)部寄存器窗口在Multisim14菜單中選擇“MCU”→“MCU8051U1”→“MemoryView”命令，打開如圖12-12所示的內(nèi)部寄存器窗口，包括特殊功能寄存器，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以及外部程序存儲(chǔ)器等。通過內(nèi)部寄存器窗口可以查看調(diào)試過程中內(nèi)部寄存器的變化。12.4單片機(jī)在線調(diào)試12.4.2單步在線調(diào)試應(yīng)用程序

3.調(diào)試程序?qū)⒄{(diào)試窗口和電路窗口縱向排列，如圖12-13所示。在這個(gè)窗口中對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，可以方便地查看程序運(yùn)行過程以及電路的同步仿真結(jié)果。在線調(diào)試可以幫助用戶快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正。12.4單片機(jī)在線調(diào)試12.4.2單步在線調(diào)試應(yīng)用程序切換到獨(dú)立調(diào)試窗口，通過調(diào)試工具，可以進(jìn)行單步調(diào)試、運(yùn)行和停止、設(shè)置和取消斷點(diǎn)等

1.仿真電路的建立在Multisim14單片機(jī)仿真界面的電路窗口中，搭建如圖12-15所示的波形發(fā)生器電路圖。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行鋸齒波和三角波程序時(shí)，C1的值為1pF，當(dāng)運(yùn)行正弦波程序時(shí)，C1的值為1mF。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.1用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的仿真通過向P0口輸出波形采樣值，經(jīng)過一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，把相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)

2.應(yīng)用程序編寫及編譯應(yīng)用程序中可設(shè)計(jì)鋸齒波發(fā)生函數(shù)、三角波發(fā)生函數(shù)和正弦波發(fā)生函數(shù)。采用C語言編寫鋸齒波和三角波發(fā)生函數(shù)，具體程序如下。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.1用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的仿真通過向P0口輸出波形采樣值，經(jīng)過一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，把相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。#include<htc.h>#include<math.h>voidsanjiaobo(void);voidjuchibo(void);voidsanjiaobo(){unsignedinti;for(i=0;i<254;i++){P0=i;i++;}for(;i>0;i--){P0=i;i--;}}voidjuchibo(){unsignedchari;for(i=0;i<255;i++)P0=i;}voidmain(){unsignedchari;while(1){juchibo();

}}

2.編譯應(yīng)用程序在Multisim14菜單中選擇“MCU”→“MCU8051U1”→“Build”命令，對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行編譯，在下方的編譯信息欄中顯示了編譯時(shí)間和編譯結(jié)果。編譯通過會(huì)給出“0error(s)”的提示。如果編譯出錯(cuò)會(huì)提示出錯(cuò)的位置，修改程序直至編譯通過。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.1用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的仿真

3.仿真及調(diào)試應(yīng)用程序編譯通過后，就可以加載到硬件電路中進(jìn)行仿真。1）單擊菜單欄中的“Simulation”選項(xiàng)，選擇“Run”命令。2）單擊工具欄中的

按鈕。仿真結(jié)果可以通過觀察示波器輸出波形得到。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.1用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的仿真

1.仿真電路的建立在Multisim14單片機(jī)仿真界面的電路窗口中，搭建如右圖所示的電路圖。為了電路的簡(jiǎn)潔明了，在電路圖中采用總線接法，有關(guān)總線接法請(qǐng)參見前面章節(jié)中的介紹。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.2用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的仿真

2.應(yīng)用程序編寫及編譯應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)8個(gè)LED燈的逐個(gè)點(diǎn)亮、相向點(diǎn)亮和逆向點(diǎn)亮等效果。對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行編譯，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，修改錯(cuò)誤直至編譯成功。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.2用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的仿真#include<htc.h>voiddelay(t){intj;for(j=0;j<t;j++);}voidmain(){unsignedchari,v1=1,v3=128,v4=1;P0=0;while(1){delay(2);P0=0;for(i=0;i<7;i++){P0=v1;v1=v1<<1;delay(2);}for(i=0;i<8;i++){P0=v1;v1=v1>>1;delay(2);}v1=1;P0=0;delay(2);for(i=0;i<8;i++){P0=v3|v4;v3=v3>>1;v4=v4<<1;delay(3);}v3=128;v4=1;}}

3.仿真及調(diào)試應(yīng)用程序編譯通過后，就可以加載到硬件電路中進(jìn)行仿真。如果LED燈的輸出效果和設(shè)計(jì)的效果不同，則可以使用調(diào)試工具對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試，找出出錯(cuò)的程序段，修改后調(diào)試直至仿真結(jié)果正確。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.2用8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的仿真

1.仿真電路的建立在Multisim14單片機(jī)仿真界面的電路窗口中，搭建如右圖所示的電路圖。12.5單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)例12.5.3用PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液晶顯示流動(dòng)字符的仿真

2.應(yīng)用程序編寫及編譯應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)液晶顯示器的時(shí)序控制，并顯示流動(dòng)的字符“WelcometoMCU”。本例采用匯編語言編寫程序