单片机系统计算机辅助设计工具软硬件设计和仿真

【摘 要】利用C51语言作为编程语言,将KEIL与Proteus以及双龙软件当做用来进行软件编译、测试、仿真、下载、制作的工具,利用这些工具能够便捷地对51单片机进行软件设计,还可以用来进行硬件仿真和电路板制作,是非常适合首选的计算机辅助开发工具组合.以下还对单片机系统开发方式和工具的设想进行了一些讨论.

【关 键 词】单片机系统；计算机；辅助软件；设计工具；硬件设计；仿真

选用合理的计算机辅助软件技术与工具来对单片机进行辅助,以便其控制系统能够发挥良好的作用,对其系统的设计与开发还能够在节省人力方面起到很大的效果,形成一种电脑解放人脑的绝对优势.而在早期阶段的Z80单片机,即使采用了汇编语言进行编程,但机器识别编码的能力非常的弱,只能够识别由1和0形成的编码,所以此单片机在进行编程后还要利用人工对其进行翻译并要翻译成机器能够识别的编码,还要将其人工翻译成的机器码再输入进单片机内,经过这样一个繁琐的过程后才能够对软件进行调试.但在科学技术发达的今天,此种劳动力早就已经被电脑技术所代替,而且其劳动功效大大提高了许多.即使有了现在的科学技术,也不能够满足人们对高效方法的不断追求和对其更具有高效工作效率工具的开发.目前在单片机系统设计开发技术上,利用计算机辅助设计和软硬件结合仿真的开发设计工具已被许多的开发者所采用.

1.51单片机控制系统设计开发工具及选用

1.1由于科学技术的不断发展,在单片机技术领域有了很大的进步,对51系统单片机的开发工具和设备上有了很多的技术成果,例如,能够采用C语言开发51单片机程序,而经常使用其开发软件的公司就有加拿大软件公司DEDUNFIELD推出的MICRO-C51编译器、IAR公司和2500A.D公司开发的编译器、Windows集成开发环境Keil软件等.而在我国利用这项技术的公司有MedWin集成开发环境、伟福集成开发软件等.对于功能比较齐全的集成开发环境来说,能够把用户在开发利用软件适应过程中所需要的整体工具采用有效的方式将其进行结合,具体所采用的工具都有编辑器、高级语言编辑器、汇编器、定位/连接器等,这些工具的使用可以有效的优化用户开发环境.具有软件硬件仿真工具的公司有Nahau公司的EMUL51XA-PC随时在线的仿真器、英国Labcenter公司的Proteus软件等.

1.2对于8051单片机的应用程序来说,可以采用汇编语言,使用汇编语言的好处就是能够与硬件相结合形成一定的关联,这样就能够快速便捷的运用硬件功能,其所使用的资源非常小、执行的速度较快.对于后来所开发的C51语言来说,能够便捷的实现程序设计模块化、其代码可读性好、维护起来较简单、升级速度快,并且经过实验证明,在大部分应用条件下执行效率能够与汇编语言非常的接近,利用C51语言来进行单片机软件编程具有很大的优点,在市场上的竞争具有非常大的优势.所以利用C51来对单片机进行程序设定已经受到了社会的广大认可,并成为了主流形式之一.

1.3而在C51的编译执行方面,现在非常常见的是KEIL51软件.KEIL51是德国KEIL公司开发单片机C语言编译器,其之前被称为KELINC51,其形成了文件编辑处理、编译链接、项目管理、窗口、工具引用和软件仿真管理等许多功能,在其仿真技术中,具有两个类型的仿真模式：软件模拟方式与目标板调试方式.根据其模拟仿真模式来看,根本不需要利用8051单片机硬件就可以形成程序仿真调试,这样能够在用户程序的开发效率上得到很高的提高.

综上所述,可以根据其整体使用作用与工具软件得到其成本,使用51单片机的计算辅助设计工具的组合方式都有以下内容：可以采用C51语言当做编辑语言的关键点,KEIL与Proteus以及双龙软件作为其软件的编译、调试、仿真、下载和制作PCB板的重点工具软件,据调查发现这是市场上性比价较好的组合,并且这些软件还能够满足常用需求的免费版本.

2.51单片机的计算机辅助设计工具组合的使用

2.1设计系统的硬件结构和软件各模块流程图

第一步可以先依照一个单片机控制系统的作用要求,对其进行硬件电路和软件的整体结构进行具体设计,根据对每个模块软件的设计中获取程序流程图.图1所示是根据其功能与硬件工作原理设计的流程图.

2.2利用C语言进行编辑

C51是利用标准C模块命令与规则作为基本条件来对其进行扩展,能够便捷的设计出模块程序.根据设计出的模块流程图,可以简单的对每个程序模块依据流程图利用C语言来进行编程.而且编写程序还能够启动Proteus画出单片机电路.

2.3利用Proteus画出单片机电路

若是要对硬件电路实现仿真,就要利用Proteus画出单片机系统的电路,通常情况下能够按照系统的每个模块分别画出电路,若对其进行仿真后再组合成总成电路,也能够将整个电路以此画出.对于使用的视电路方式、软件的难易程度以及调试难易程度的具体状况来决定.图2所示是利用Proteus画出的电路图.

2.4软硬件结合仿真和调试

能够利用KEIL软件对已经编译成功的C51语言程序进行进一步的编译,等到编译形成后就能够在KEIL上进行调试,此时就可以利用KEIL和Proteus结合运作进行软、硬件的调试和仿真.在这一过程中通常情况下是需要非软、硬件的设计采取多次的改动和仿真调试的.

2.5对硬件电路的制作

只有经过对软硬件的调试后才能够制作硬件电路,此时便能够利用Proteus的ARES软件简便的进行PCB板的设计与制作,之后才能够对软件进行安装.

2.6实际软硬件调试、修改

根据以上步骤的运行,现在可以对硬件电路的实际软件调试和修改逐渐实现.这样就能够利用双龙软件把事先调试好的程序按步骤下载到硬件电路的8051单机片中来进行具体的测试调整.因为目前的仿真软件还不能够完全与真实电路的效果相同,因此此时的硬件电路和软件业也可以做更多的改进.

3.讨论

3.1根据在日常中的使用效果,以上的计算机辅助设计仿真工具进行一定的组合后可以继续一般状况的调试、仿真、下载、制作PCB板等工作,从而在51单片机控制系统的设计、制作和调试工作效率上得到很大的提高.Proteus可以对很多类型的单片机运行仿真技术,因此这种方式能够得到许多单片机系统设计的运用,但以上所提到的KEIL等需要利用其它的单片机采取与之对应的软件.

3.2对于这种仿真技术来说,在其使用过程中有以下两种问题.

（1）运用仿真技术来进行工作和运用真实的电路来进行工作存在一定的差别.而站在硬件的仿真结果的角度来说,其结果与实际状况或许会有一些不同,出现这一现象的原因是由于硬件在实际运行过程中其状况存在一定的复杂性,对于仿真来说,就是利用程序来进行模拟实际元件的工作情况,但还需要靠人来进行程序的编辑,而人工编辑是难以将全部模拟电子元件的实际情况充分展现出来的,尤其是很多元件在一起工作时.

（2）元件仿真模拟不足.即使Proteus含有非常丰富的元件库,其元件有一部分是能够在电路图时使用的,但有一部分在进行程序仿真时就不能完成仿真,而这是因为没有与之相对应的方程程序而造成的.

3.3对于以上的问题,其解决的办法有以下几种.一是采用具有同样功能的不同型号元件取代进行仿真；二是查找与之对应的仿真模型程序来进行工作；三能够自己建立元件,即自己为元件设计仿真模型程序.

4.小结

通过以上对单片机系统计算机辅助设计工具及软硬件设计和仿真技术的分析研究,可以对其进行一些设想.EDA（电子设计自动化）中的一项技术就是利用硬件来描述语言VHDL,依照预想的功能写出对设计文件的具体描述,就可以利用计算机自动地完成这些功能的逻辑电路图.