单片机仿真软件的使用

第一部分 伟福纯软件仿真器使用入门

一、概述

伟福纯仿真软件是伟福仿真器的配套软件，伟福仿真器是国内较好的仿真器之一，它能够仿真的CPU品种多、功能强。通过更换仿真头POD，可以对不同的CPU进行仿真。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飞利蒲公司的552、LPC7、DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。伟不论你是否购买了他们的硬件产品，伟福网站都提供免费下载和使用。现在伟福软件已经出了VW版。 

伟福纯软件仿真器具有以下特点：

１.双平台：有DOS版本和Windows版本。其中Windows版本功能强大。中文界面，英文界面可任选。

２.双工作模式：软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）和硬件仿真。

３.双集成环境：编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。多种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。

这里只说明Windows版本纯软件模拟仿真的使用方法，其他内容可以到伟福网站去查看，光盘\视频文件里面也有伟福软件的使用说明。

二、Windows版本软件安装

１.将光盘插入光驱，找到E6000W文件夹，打开。

２.双击SETUP文件。 

３.按照安装程序的提示,输入相应内容。

4.继续安装,直至结束。

也可以将安装盘全部复制到硬盘的一个目录(文件夹)中,执行相应目录下的SETUP进行安装。最新的版本安装更简单。

三、软件的启动

1.点击开始菜单／程序／WAVE。

2.如果在桌面建立了快捷方式，直接双击其图标即可。

启动之后的界面大致如图1-1所示：

图1-1  

这个窗口是经过调整后的样子。如果位置不合适，可以通过拖放来移动位置或调整大小。

四、软件的使用

详细的使用说明请看伟福的说明，这里只说明为了对51系列单片机进行纯软件仿真时要用到的一些项目和开始使用的几个必须步骤。

1.启动软件之后，根据需要设置仿真器：

点击菜单 ［仿真器］｜［仿真器设置］(点击菜单行中的[仿真器]项,然后在其下拉菜单中点击[仿真器设置]项,以后不再说明)， 出现如图1-2所示对话框:

图1-2

因为要使用纯软件仿真，所以要选中使用伟福软件模拟器；晶体频率可以根据需要设置；其他按照图示选择即可。

点击目标文件页，出现如图1-3所示对话框：

图1-3

按图示设置即可。

点击语言页，出现如图1-4所示对话框：

图1-4

按照图中设置即可，注意编译器选择项一定要选择伟福汇编器，其他项不用改变。

由于是纯软件仿真，不用设置通信设置项。设置完成后，点击按纽［好］，结束设置。以后的事情就是建立源程序、编译、调试。

2.建立源程序

点击菜单［文件］｜［新建文件］，出现一个如图1-5所示的窗口：

图1-5

默认文件名称是NONAME1，现在就可以在此窗口中输入源程序了。比如下面的一个小程序：

MOV  30H,#5AH

MOV  DPTR,#0128H

MOV  A,30H

MOVX @DPTR,A

NOP

这个小程序的功能是将片内RAM中30H单元的一字节数送到片外RAM中0128H单元。以此为例，讲解利用伟福纯软件仿真的过程。首先输入源程序，修改文件名：点击菜单［文件］｜［另存为］，出现对话框，如图1-6所示：

图1-6

输入文件名（例如MOVX.ASM），点击保存即可。注意，文件扩展名一定要输入，汇编语言的扩展名＊.asm，不要忽视。文件改名是要确定其扩展名，以便根据此判断文件类型。现在的源程序字符出现彩色，以表示不同的文字属性，如图1-7所示：

图1-7

汇编

点击菜单［项目］｜［编译］，就会自动调用伟福汇编器对源程序进行汇编，这时在信息窗口会显示汇编相关信息，如图1-8所示：

图1-8

以上图中信息表示没有错误，汇编完成。如果有错误，双击错误信息行，在源程序窗口会出现深色显示行，指示错误所在。修改错误后，再次汇编，直到没有错误。这时在代码窗口(CODE)会出现十六进制的机器码，默认的开始地址是0000H。如图1-9所示：

图1-9

3.调试

点击菜单［执行］｜［复位］，在源程序窗口出现橄榄绿色横条，在即将执行的程序行上，并且在该行的前面出现一个小箭头，指示该行指令即将被执行。如图1-10所示：

图1-10

点击菜单［执行］｜［单步］，即执行该条指令，并将横条和小箭头移动到下一行指令上，同时可以在对应的窗口看到执行的结果，如图1-11所示：

图1-11

单步执行到第三条指令后的情形如图1-12所示：

图1-12

图中可见，即将执行的指令是:

MOVX  @DPTR,A     

第一条指令执行的结果在DATA(片内数据存储器)窗口中，地址为30H单元的内容为5AH,第二条和第三条指令的执行结果在SFR(特殊功能寄存器)窗口中，DPH的值为01H，DPL的内容为28H，也就是DPTR的内容是0128H，ACC中的内容为5AH，还可以看到ACC中内容的二进制形式数据01011010，从上到下读。

再点击一次单步，看不到什么变化，点击右边窗口的XDATA(片外数据存储器)页，向下拖动滑动条，看看地址为0128H单元的内容，是什么？

调试的过程介绍到此结束。其他用法可以参照详细说明书操作，慢慢就会熟练。其实，许多操作可以使用菜单行下面的工具图标，方便又快捷。将鼠标指针移到工具图标上,会显示该图标的功能。

第二部分 Proteus ISIS快速入门

一、简介

Proteus软件是一款强大的单片机仿真软件，对于单片机学习和开发帮助极大。

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和数字集成电路，包括单片机。在国内由广州的风标电子技术有限公司代理。

在单片机课程中我们主要利用它实现下列功能：

1、绘制硬件原理图，并设置元件参数。

2、仿真单片机及其程序以及外部接口电路，验证设计的可行性与合理性，为实际的硬件实验做好准备。

3、如有必要可以利用它来设计电路板。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，可以实现从构想到实际项目完成全部功能。

这里介绍Proteus ISIS软件的工作环境和一些基本操作，实现初学者入门。至于更加详细的使用，请参考软件的帮助文件和其他有关书籍，还可以到网上找到许多参考资料。

二、界面介绍

双击桌面上的ISIS 7 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional”，出现如图2-1所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境。

图2-1 Proteus ISIS集成环境

进入之后的界面类似如图2- 2 所示。

图中已经标注各个部分的作用，我们现在就使用软件提供的功能进行工作。

图2-2 ISIS主窗口

三、一个小项目的设计过程

1、建立新项目

启动软件之后，首先，新建一个项目：

点击菜单：File→New Design，如图2-3所示，即可出现如图2-4所示的对话框，以选择设计模板。一般选择A4图纸即可，点击OK，关闭对话框，完成设计图纸的模板选择，出现一个空白的设计空间。

图2-3 新设计 图2-4 选模板

这时设计名称为 UNTITLED (未命名)，你可以点击菜单 file→save design 来给设计命名。也可以在设计的过程中任何时候命名。

2、调入元件

在新设计窗口中，点击对象选择器上方的按钮P（如图2-5所示），即可进入元件拾取对话框，如图2-6所示。

图2-5 调入元件

图2-6 查找元件

在图2-6所示的对话框左上角，有一个Keywords输入框，可以在此输入要用的元件名称（或名称的一部分），右边出现符合输入名称的元件列表。我们要用的单片机是ATC51，输入ATC，就出现一些元件，选中ATC51，双击，就可以将它调入设计窗口的元件选择器。

在Keywords中重新输入要用到的元件，比如LED，双击需要用的具体元件，比如LED-YELLOW，调入。继续输入，调入，直到够用。点击OK，关闭对话框。以后如果需要其他元件，还可以再次调入。元件调入之后的情形类似图2-2中的对象选择列表所示。

我们这次要用到的元件列表如下：

ASTC51               单片机

LED-YELLOW           发光二极管-黄色

RX8                    8电阻排 200欧姆

BUTTON                按钮

以上元件就够用了，其他多余的只是供选用。比如发光二极管可以选用其他颜色，按钮也可以使用SWITCH 代替或者使用DIP-SW8代替，电阻排也可以使用单个电阻RES来代替。

3、设计原理图

3-1放置元件

在对象选择器中的元件列表中，单击所用元件，再在设计窗口单击，出现所用元件的轮廓，并随鼠标移动，找到合适位置，单击，元件被放到当前位置。至此，一个元件放置好了。继续放置要用的其他元件。

3-2移动元件

如果要移动元件的位置，可以先右击元件，元件颜色变红，表示被选中，然后拖动到需要的位置放下即可。放下后仍然是红色，还可以继续拖动，直到位置合适，在空白处单击鼠标左键，取消选中。

3-3移动多个元件

如果几个元件要一起移动，可以先把它们都选中，然后移动。选中多个元件的方法是，在空白处开始，点击左键并拖动，出现一个矩形框，让矩形框包含需要选中的元件再放开，就可以了（参看图2-7）。如果选择的不合适，可以在空白处单击，取消选中，然后重新选择。

图2-7 选中多个元件

移动元件的目的主要是为了便于连线，当然也要考虑美观。

3-4连线

就是把元件的引脚按照需要用导线连接起来。方法是，在开始连线的元件引脚处点击左键（光标接近引脚端点附近会出现红色小方框，这时就可以了），移动光标到另一个元件引脚的端点，单击即可。移动过程中会有一根线跟随光标延长，直到单击才停住（图2-8）。

（a  画线开始）           （b  划线中）            （c  画线完毕）

图2-8  画线过程

在第一根线画完后，第二根线可以自动复制前一根线，在一个新的起点双击即可。如图2-9所示。

       a  新的起点双击                            b 很快画完

图2-9  自动复制前一根线

注意：如果第二根线形状与第一根不同，那可不能自动复制，否则会很麻烦。

3-5 修改元件参数

电阻电容等元件的参数可以根据需要修改。比如限流电阻的阻值应该在200到500欧姆左右，上拉电阻应该在几千欧姆。

以修改限流电阻排为例，先单击或右击该元件以选中，然后再单击，出现对话框如图图2-10所示。在 Component Value：后面的输入框中输入阻值200（单位欧姆），然后点击OK按钮确认并关闭对话框，阻值设置完毕。

图2-10  修改电阻值

3-6 添加电源和地

在左边工具栏点击终端图标，即可出现可用的终端，图2-11-a 所示。在对象选择器中的对象列表中，单击POWER，图2-11-b所示，在预览窗口出现电源符号，在需要放置电源的地方单击，即可放置电源符号，如图2-11-c所示。放置之后，就可以连线了。

放置接地符号（地线）的方法与放置电源类似，在对象选择列表中单击 GROUND ，然后在需要接地符号的地方单击，就可以了。

注意：放置电源和地之后，如果又需要放置元件，应该先点击左边工具栏元件图标，就会在对象列表中出现我们从元件库中调出来的元件。

图2-11-a 选择端口         图2-11-b选择电源符号     图2-11-c  放置电源符号

图2-11 添加电源和地

按照图2-2的原理图，我们还需要放置按键，放置接地符号，连线，最终完成的原理图如前面的图2-2所示。

4、添加程序

单片机应用系统的原理图设计完成之后，还要设计和添加程序，否则无法仿真运行。实际的单片机也是这样。

4-1 编辑源程序

按照51系列单片机的汇编语言语法要求，按照控制要求，编写源程序。可以使用任何一种纯文本编辑器来编辑源程序。比如记事本、写字板等都可以。还可以使用超级编辑器 ultraedit-32 ，功能很强。编辑完成的源程序是纯文本文件，其扩展名必须是.ASM，以便编译软件识别。图2-12所示。

图2-12 打开的源程序

图2-12-a记事本                        图2-12- b proteus自带编辑器

图2-12  编辑源程序

4-2 添加源程序

在Poteus的单片机仿真项目中添加源程序。可按以下步骤进行：

点击菜单Surce → Add/Remove Source Files，如图2-13所示。

图2-13  添加源程序1

弹出对话框，如图2-14所示。

图2-14 添加源程序 2

在弹出的对话框中操作，在 Code Generation Tool 的下拉菜单中选择代码生成工具 ASEM51，然后点击 New 按钮，弹出选择文件对话框，如图2-15 所示。

图2-15 添加源程序3

在弹出的对话框中操作，找到所需要的文件，比如这里选择以前已经编辑好的文件P1P2.ASM，然后点击按钮【打开】就可以了。

也可以在文件名框输入文件名，如果文件不存在，点击打开时会提示新建此文件，便于以后再编辑程序。当然也可以改变查找的路径，在其他地方找到我们要用的文件。添加程序文件之后返回添加程序对话框，已经有了我们添加的程序，如图2-16所示。

图2-16 添加源程序4

可以看到，在Source Code Filename 的下拉框中已经显示出刚刚添加的源程序名。点击按钮 OK 关闭这个对话框。

这时候如果再点击菜单 Source ，如图2-17所示。

图2-17 添加源程序 5

从图中可以看到，下拉菜单中最下面多出一行，显示的是我们刚刚添加的源程序。如果点击这个文件名，就会利用软件自带的编辑器打开这个文件，如图2-12-b所示。

如果更换了编辑器，就会按照更改，利用指定的编辑器打开源程序文件。

5、编译源程序

5-1利用program软件自带的编译器进行编译

编辑好的源程序添加进来之后就可以编译了。编译的方法很简单，在图2-17中，点击 Build All 就对指定的源程序进行编译。如果编译没有发现语法错误，就会出现如下提示，如图2-18所示。

图2-18 编译完的提示窗口

如果有语法错误，也会有提示，指出错误代码和所在的行。这时候就需要我们重新打开源程序，对错误进行修改。修改之后再重新编译，直到通过为止。这时候单片机里自动被装入了编译之后所产生的机器码程序。下一步就是仿真执行了。

5-2 利用其他软件进行编译

编译源程序也可以利用其他软件进行。只要编译产生的机器码文件是.HEX格式就可以。比如伟福，它就可以产生.HEX格式的文件和.BIN格式的文件。其实，伟福的许多特性适合编辑和编译源程序，它的编辑和编译是在同一个界面下完成，有行列位置指示，行首自动对齐等特性。关于伟福的使用方法第一部分 伟福纯软件仿真器使用入门。

利用其他软件编译产生的十六进制文件，可以直接加入到Proteus项目中的单片机里。方法如下：在原理图中点击单片机以选中，再次点击打开元件编辑对话框，如图2-19所示。

图2-19  编辑单片机—添加机器码程序

在图中看到： 在Program File：后边的方框里显示P1P2.HEX，说明机器码已经装入。如果没有装入，这里将是空白。这时可以点击其右边的打开文件图标，查找并选中机器码文件即可。这样，就可以在仿真时执行程序。

这样装入的机器码程序有个缺点，只能执行，不好调试。因为没有源代码，也无法打开源代码窗口，无法单步执行。解决的方法是，在其他编辑编译软件通过之后，再将源程序添加到项目，如4-2节所述。然后再用本节开始5-1所述方法添加源程序并编译一次，这时不会出现错误。一般也不用再给单片机添加机器码程序，除非你途中改换了源程序。

在图2-19中还有一个时钟频率（Clock Frequency）可以改变。一般情况下，单片机的时钟频率由此设定，而不是来自时钟电路，这就是为什么在仿真时可以省略时钟电路和复位电路的原因。

6、仿真执行

Program软件可以仿真模拟电路和数字电路，还可以仿真若干型号的单片机。我们使用的目的主要就是仿真单片机和外围的接口电路。这里简要介绍MCS-51单片机和部分接口电路的仿真过程，其他方面的内容请自行查找资料。

6-1 一般仿真

在原理图编辑窗口下面有一排按钮，利用它可以控制仿真的过程。点击按钮开始仿真，开始以后按钮的小三角变成绿色，点击按钮单步仿真，点击按钮暂停和继续仿真切换，点击按钮停止仿真。

以简单项目P1P2为例，说明仿真效果。点击开始仿真按钮，电路如图2-20所示。

图2-20 运行仿真

观察发现，单片机P1,P2,P3口引脚的每一根线的旁边都有一个红色的小方框，表明当前引脚是高电平，如果小方框是蓝色，表明引脚当前是低电平。如果小方框是灰色，说明此引脚是悬空，P1口的8个引脚就是悬空。与电源VCC相连的引脚都是高电平。与地线GND相连的引脚都是低电平。

点击图中的一个按键，对应的发光二极管会亮。放开按键发光二极管就灭。

点住一个按键不放，观察对应的P1口导线旁边的小方框，变成蓝色，和其对应的P2口的输出线旁边的小方框也变成蓝色，对应的发光二极管亮。这是程序的作用，我们的程序就是将P1口的输入传送到P2口进行输出。

6-2 调试选项

点击暂停按钮，出现暂停画面，如图2-21所示。

由

图2-21  暂停

于我们是添加过源程序的，所以会出现源代码窗口。

源代码窗口内容从左到右是：地址  指令   注释。这幅图里没有注释内容。如果需要，可以设置使其显示行号和机器码。方法是在窗口内点击鼠标右键，在出现的选项中点击所需要的项目就可以了。见图2-22。

图2-22 源代码窗口右键菜单

在源代码窗口右上角有一串按钮，它们的作用如图2-23所示。利用这些按钮可以控制程序的运行，随时可以查看程序执行的结果。在这里点击全速以后，如果遇到断点会自动暂停执行。如果没有或者没遇到断点，就一直运行下去。

图2-23 源代码窗口的按钮

执行到光标处是，先在要暂停的指令上点一下，这一行就会变成蓝色，然后点击执行到光标处的按钮，就会从原来的指令开始执行，直到光标所在的位置暂停。

在暂停状态，还可以选择显示特殊功能寄存器窗口、内存窗口等。比如要显示8051 CPU的寄存器，可以这样操作：

点击菜单 Debug → 8051 CPU registers – U1，就会出现如图2-24所示窗口。图2-25的窗口是片内数据存储器。

图2-24 寄存器窗口                   图2-25 片内数据存储器

可以在这些个窗口里观察寄存器的内容，分析程序运行的结果。在菜单 Debug 的下拉菜单里，还有许多功能，自己试试就可以了。

还有一项功能值得一提，就是在暂停状态，单击一个元件，可以显示这个元件当时的状态，如逻辑电平和电流电压的具体值等。自己一试便知。

还有一些功能，在比较复杂的项目中会用到，比如信号源，虚拟仪器，仿真图表等。参见图2-26.、图2-27、图2-28。

图2-26 虚拟仪器                图2-27 信号源             图2-28 仿真图表

在本书的一些仿真项目中和一些视频教程里也涉及到相关内容。限于篇幅，只在这里指示一下位置，具体使用可以查找相关资料。

本书光盘中还有许多学习资料。