单片机的单CPU仿真器的设计

图2 仿真器原理图

仿真器原理与结构

由于现在以8051为内核的单片机几乎都带有内部的FLASH程序存储器。如本设计中要用到的AT89C51或AT89S51均自带4KB的FLASH程序存储器，有的单片机带有20KB甚至更大容量的程序存储器。因此在单片机开发中，很少用专门的程序存储器芯片来扩展外部程序存储器，通常也没有必要。基于以上这些因素，下面分析本文中的仿真器实现的原理。

下载程序时，EA接高电平，单片机执行内部ROM中的程序，把PC机的程序数据下载到片外的RAM62256中；当程序共模电感器数据下载完后，在保持RAM62256不掉电的情况下，将单片机的EA接低电平，并把单片机复位。这样单片机就只能从片外存储器中读数据。然后利用RD与PSEN相“与”来选通RAM62256的读允许片选端OE，使得单片机能够从RAM62256中读出程序。这样就实现了仿真功能。因为单片机从片内程序存储器和片外程序存储器取指时的执行速度相同，共模电感器所以这个设计方案下的仿真器性能比起传统仿真器毫不逊色。

总系统电路原理如图2所示，系统由单片机AT89C51、地址锁存器74LS373、片外存储器62256、接口电平转换芯片MAX232和相关控制电路组成。

其中AT89C51就是仿真器的核心部件，晶体振荡电路和复位电路与普通单片机系统相同。不同的是：EA接一个单刀双投开关，表面上没有扩展ROM。RAM62256的与OE普通单片机系统的接法有所不同，系统中把RD与PSEN相“与”，令其选通RAM62256的读允许片选端OE，就能促成RAM(注意：整个过程中RAM不掉电)由数据空间的角色向程序空间的角色转换。在执行MOVX指令时，产生RD，WR信号，写入程序信息。在执行RAM中的程序时，由PSEN信号与RD信号选通RAM62256的OE端，实现从RAM62256中程序的读入。

软件设计

PC机(上位机)软件可以参考Windows驱动程序开发、串口调试助手等相关书籍；也可以利用现成的KEIL C51的Windows集成开发环境~VISION51和软件仿真器DSCOPE51完成。

下位机软件的主要任务就是设置串口和接收上位机串口发送来的数据，并将数据存入外部“数据”存储器中。

单片机主程序如下：
MOV SCON,#50H ;串口方式 1
MOV TMOD,#20H ;T1 方式 1
MOV TL1,#0FDH ;波特率 960功率电感器0 的常数
MOV TH1,#0FDH
S多层电感器ETB TR1 ;开中断
SETB ET1
SETB ES
SETB EA
系统“写”时用如下指令：
MOVX @DPTR,A
MOVX @Ri, A

在中断服务子程序中，为区别所接收的信号是联络信号还是字节数、是数据还是校验和，需要设立不同的标志位如下：
FLAG0 BIT 00H ;接收联络信号标志位
FLAG1 BIT 01H ;接收字节数标志位
FLAG2 BIT 02一体成型电感H ;接收数据标志位
FLAG3 BIT 03H ;接收文件结束标志位

程序流程如图3所示，其中R7为接收到的字节数，接收的数据一定要存入片外RAM从0000H开始的单元中。当单片机复位后，把RAM当作程序存储器时，PC是从0000H开始的。

图3 单片机接收中断服务子程序流程图

几点讨论

(1) 系统中不需要单独的仿真器电源，也不需要晶振电路。
(2) 下位机的片外存储器在重复写数时不用擦除，每次重新下载程序时，总是用覆盖的方式。新下载的程序都有END为结束，就算新下载的程序比原来的短，也不会执行多余的代码。
(3) 在实际中，可以进一步改进电路，当文件下载完之后，通过串口备用的信号线产生控制信号来控制和复位，从而使得全过程均由上位机控制。
(4) 由于内部结构的限制，被仿真的产品不能扩展片外的程序存储器，但由于片外可以扩展64KB的数据存储器，文中只用了32KB，因此还可以扩展一定的外设。
(5) 被仿真产品的E(--)A(--)的接法有一定的限制，不能直接接地或接电源正极，实际中只要加上一个合适的限流电阻(如10K?)就可以了。实际上这种方案可以适用于任何可以外扩存储器的单片机。 1

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