单片机智能化仪器嵌入式在线仿真设计方法 江汉石油学院徐爱钧 摘要针对基于单片机的智能化仪器设计,提出一种新颖的“嵌入式”在线仿真方法。在智能仪器设计之初,直接在其硬件系统中嵌入1个包含专门用于仿真调试的监控程序模块,在整个设计过程中直接对仪器的各种功能进行实时调试。监控程序具有通用性,可与PC机通信实现源程序在线仿真调试,节省购买专用仿真器的费用,降低成本,加快仪器的更新换代速度。 关键词智能仪器仿真监控程序
单片机智能化仪器嵌入式在线仿真设计方法 江汉石油学院徐爱钧 摘要针对基于单片机的智能化仪器设计,提出一种新颖的“嵌入式”在线仿真方法。在智能仪器设计之初,直接在其硬件系统中嵌入1个包含专门用于仿真调试的监控程序模块,在整个设计过程中直接对仪器的各种功能进行实时调试。监控程序具有通用性,可与PC机通信实现源程序在线仿真调试,节省购买专用仿真器的费用,降低成本,加快仪器的更新换代速度。 关键词智能仪器仿真监控程序 一、 基于单片机的智能化仪器设计与仿真 单片机的出现引起了仪器、仪表结构的根本性变革。以单片机为主体取代传统仪器、仪表的常规电子线路,可以容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起,组成新一代的“智能化仪器仪表”。这种新型的智能化仪器在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面,都取得了巨大的进展。采用单片机技术设计智能化仪器,能够解决许多传统仪器不能或不易解决的难题,可以简化电路,提高仪器的可靠性,降低成本以及加快新产品的开发速度。这类仪器的设计重点已经从模拟和逻辑电路的设计转向专用的单片机模板或功能部件、接口电路以及输入输出通道的设计、通用或专用软件程序的开发。 智能化仪器与传统仪器的最大不同,在于前者是以单片机作为仪器的核心,仪器各种功能主要通过单片机的控制作用来实现。单片机运行正常与否直接关系到仪器设计的成败,因此很有必要在仪器设计完成之后,对单片机进行仿真运行来检验该仪器设计是否合理,功能是否完善。所谓仿真运行,就是通过对仪器内部单片机中的系统程序人为设置单步、断点、运行历史记录等调试手段,根据仿真运行结果对初始设计进行分析和适当修改,以求达到最优化的设计效果。在智能化仪器设计过程中,仿真运行是必不可少的一个重要步骤。仿真运行的可靠性和方便性,直接影响到仪器的设计效果。可以采用专用仿真器对所设计的智能化仪器进行仿真,将专用仿真器的仿真电缆插头插入仪器中单片机插座,来代替仪器中的实际单片机,并将仪器的系统程序装入仿真器中运行,通过在仿真器中设置单步、断点等对仪器系统程序进行调试。采用这种方法仿真的优劣完全取决于仿真器的可靠性。高档仿真器可以做到实时在线仿真、全速运行用户程序并且不占用任何用户资源以达到完全仿真的目的。但这种仿真器价格昂贵,非一般用户所能承受。另外由于单片机的种类繁多,性能各异,1台仿真器不能仿真所有类型的单片机,如果设计中由于选择了不同类型的单片机而需要购买不同类型仿真器,则更将加大用户负担,从而导致仪器设计落后,更新换代缓慢。 图1地址跳零电路二、 嵌入式仿真方法及其实现 本文提出了一种新的“嵌入式”仿真调试方法：仪器设计之初,直接在系统中嵌入1个包含有专门用于仿真调试的监控程序模块,在仪器设计过程中可以直接应用该模块对所设计的各种功能进行在线测试。基于单片机的智能化仪器系统具有一般设计规则可以遵循,因此,完全可以预先设计出1种通用仿真调试模块,需要时将其嵌入到用户系统中去。采用“嵌入式”仿真调试方法设计智能化仪器,不仅可以节省用于购买专用仿真器的开支,降低成本,同时,由于仿真调试模块已经位于所设计的仪器之中,很容易对仪器进行现场调试,对于故障排除、使用人员培训等都提供了极大的方便。 “嵌入式”仿真调试模块的代码应尽可能小,同时应具有通用性,以便于嵌入任意用户系统,另外,模块应尽量少占用或不占用用户资源。在硬件上,要保证系统在仿真阶段能正确进入仿真监控程序;在软件上,要具有单步、断点、全速运行等基本调试功能。下面以目前使用极为广泛的8051系列单片机为例,阐述“嵌入式”仿真调试模块的基本设计方法。 众所周知,8051单片机的复位入口地址为0000H。如果将调试模块的入口地址安排在0000H地址,可以保证系统上电后立即进入调试模块运行仿真程序。但这样将占用用户程序的入口地址,导致用户程序需要采用“地址浮动、两次汇编”的方法设计。也就是说在编写用户程序时,第1次将起始地址定位在调试模块所占用的地址范围之外,当调试通过之后再采用“ORG”伪指令,将用户程序地址重新定位在0000H处,并再次进行汇编而得到可进行EPROM固化的用户程序机器码。显然,这种方法会使用户感到不方便。为了方便用户编程,使用户程序在调试通过之后不用改动即可运行,在设计上应使“嵌入式”仿真调试模块具有“零地址”仿真功能,即将仿真调试模块嵌入到高端地址空间,而将复位入口地址0000H留给用户使用。在硬件设计上可采用如图1所
