專利名稱：一種單片機(jī)硬件仿真器和仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單片機(jī)仿真領(lǐng)域，尤其是一種基于Proteus軟件的單片機(jī)硬件仿真器和仿真方法。
背景技術(shù)：
在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，仿真應(yīng)用的范圍主要集中在對(duì)程序的仿真上。例如，在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序的設(shè)計(jì)是最為重要的但也是難度最大的。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)仿真軟件，如ft^teus，與嵌入式硬件系統(tǒng)是沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)的。軟件仿真是純軟件仿真，與硬件系統(tǒng)無(wú)關(guān)。軟件仿真的缺點(diǎn)是無(wú)法完全仿真與硬件相關(guān)的部分，因此最終還要通過(guò)硬件仿真來(lái)完成最終的設(shè)計(jì)。這種軟硬件的割裂，在學(xué)校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和科研企業(yè)里面，對(duì)學(xué)生和職員學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)很多不利的影響，從而無(wú)法快速而準(zhǔn)確地掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法和技巧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能與Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真軟件同步與交互的單片機(jī)硬件仿真器。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種硬件電路與Proteus嵌入式系統(tǒng)虛擬電路可交互操作的單片機(jī)硬件仿真方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種單片機(jī)硬件仿真器，包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數(shù)據(jù)端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述處理器為STM32F103控制器?！N單片機(jī)硬件仿真方法，包括以下步驟
在PC機(jī)上運(yùn)行ftOteus軟件對(duì)虛擬電路進(jìn)行軟件仿真，在軟件仿真過(guò)程中選擇相應(yīng)的仿真模型；
所述仿真模型對(duì)虛擬電路中主控制器各管腳的數(shù)字電平信號(hào)與來(lái)自單片機(jī)硬件仿真器采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，并統(tǒng)一打包成一數(shù)據(jù)包； 通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)包發(fā)送給單片機(jī)硬件仿真器；
單片機(jī)硬件仿真器接收來(lái)自所述仿真模型的數(shù)據(jù)包，驅(qū)動(dòng)輸出仿真頭輸出信號(hào)； 硬件電路響應(yīng)來(lái)自輸出仿真頭的信號(hào)，完成硬件仿真。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數(shù)據(jù)傳輸。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述硬件電路為單片機(jī)試驗(yàn)箱或者單片機(jī)開(kāi)發(fā)板等實(shí)際物理硬件電路。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對(duì)應(yīng)。
3
進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管
腳——對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器，通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)硬件仿真器內(nèi)的處理器與PC機(jī)上的接口模型的交互和同步，改變了傳統(tǒng)的Proteus純軟件仿真的仿真方式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置與虛擬電路的同步交互，大大方便了單片機(jī)電路的硬件仿真，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)者的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)。本發(fā)明的另一有益效果是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真方法，通過(guò)在PC機(jī)上運(yùn)行 Proteus軟件，并編制與對(duì)應(yīng)要仿真的單片機(jī)的芯片接口模型對(duì)應(yīng)的仿真模型，通過(guò)單片機(jī)硬件仿真器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件電路的硬件仿真的控制，并且實(shí)際硬件電路上的交互器件操作通過(guò)單片機(jī)硬件仿真器的采集、USB接口與PC機(jī)的通信，同樣可以作用于虛擬電路，即可實(shí)現(xiàn)虛擬電路與實(shí)際硬件電路的交互和同步，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)效果，便于廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)者的嵌入式開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明 圖1是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器的原理框圖2是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器中輸出仿真頭的電路原理圖； 圖4是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器中USB接口電路的電路原理圖； 圖5是本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真方法的步驟流程圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中單片機(jī)硬件仿真方法的系統(tǒng)方框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于硬件仿真器搭建了一個(gè)PC機(jī)上虛擬電路與實(shí)際硬件電路交互和同步的單片機(jī)硬件仿真系統(tǒng)。參照?qǐng)D1，本發(fā)明單片機(jī)硬件仿真器，包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數(shù)據(jù)端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。優(yōu)選的，參照?qǐng)D2，本發(fā)明中處理器為STM32F103控制器，它的外圍連接有提供時(shí)鐘頻率的石英振蕩器SXl和SCI、SC2，其余的端口分別連接至如圖3所示的輸出仿真頭和圖4所示的USB接口電路。參照?qǐng)D5和圖6，一種單片機(jī)硬件仿真方法，包括以下步驟
在PC機(jī)上運(yùn)行ftOteus軟件對(duì)虛擬電路進(jìn)行軟件仿真，在軟件仿真過(guò)程中選擇相應(yīng)的仿真模型；
所述仿真模型對(duì)虛擬電路中主控制器各管腳的數(shù)字電平信號(hào)與來(lái)自單片機(jī)硬件仿真器采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，并統(tǒng)一打包成一數(shù)據(jù)包； 通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)包發(fā)送給單片機(jī)硬件仿真器；
單片機(jī)硬件仿真器接收來(lái)自所述仿真模型的數(shù)據(jù)包，驅(qū)動(dòng)輸出仿真頭輸出信號(hào)； 硬件電路響應(yīng)來(lái)自輸出仿真頭的信號(hào)，完成硬件仿真。在本發(fā)明方法中，所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述硬件電路為單片機(jī)試驗(yàn)箱或者單片機(jī)開(kāi)發(fā)板等實(shí)際物理硬件電路。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對(duì)應(yīng)，仿真模型需預(yù)先根據(jù)待仿真的硬件電路的芯片接口模型在PC機(jī)上進(jìn)行編制。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管
腳——對(duì)應(yīng)。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，一個(gè)在PC機(jī)上的Proteus仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)的一個(gè)虛擬單片機(jī)電路通過(guò)本單片機(jī)硬件仿真器可以和一個(gè)對(duì)應(yīng)的實(shí)際硬件電路同步運(yùn)行，即實(shí)際硬件電路將運(yùn)行虛擬電路的程序，而且實(shí)際硬件電路上的交互器件操作同樣可以作用于虛擬電路，反之，操作虛擬電路上的交互器件也可對(duì)實(shí)際硬件電路起作用。由于ftOteus軟件含有大量的單片機(jī)器件模型，可提供豐富的仿真元器件資源， 并且其元器件、連接線路與實(shí)際的單片機(jī)硬件電路高度對(duì)應(yīng)，本發(fā)明在基于ftx)teus軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了單片機(jī)硬件仿真器，極大方便了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程中對(duì)單片機(jī)硬件電路的調(diào)試和仿真，通過(guò)在Proteus軟件上設(shè)置斷點(diǎn)，添加觀察變量、設(shè)置單步或者全速的運(yùn)行方式來(lái)對(duì)實(shí)際硬件電路進(jìn)行硬件仿真，同樣，也方便了廣大嵌入式設(shè)計(jì)者的開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程。以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單片機(jī)硬件仿真器，其特征在于包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數(shù)據(jù)端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片機(jī)硬件仿真器，其特征在于所述處理器為 STM32F103 控制器。
3.一種基于權(quán)利要求1或者2所述的單片機(jī)硬件仿真器的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟在PC機(jī)上運(yùn)行ftOteus軟件對(duì)虛擬電路進(jìn)行軟件仿真，在軟件仿真過(guò)程中選擇相應(yīng)的仿真模型；所述仿真模型對(duì)虛擬電路中主控制器各管腳的數(shù)字電平信號(hào)與來(lái)自單片機(jī)硬件仿真器采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，并統(tǒng)一打包成一數(shù)據(jù)包；通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)包發(fā)送給單片機(jī)硬件仿真器；單片機(jī)硬件仿真器接收來(lái)自所述仿真模型的數(shù)據(jù)包，驅(qū)動(dòng)輸出仿真頭輸出信號(hào)；硬件電路響應(yīng)來(lái)自輸出仿真頭的信號(hào)，完成硬件仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿真方法，其特征在于所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿真方法，其特征在于所述硬件電路為單片機(jī)試驗(yàn)箱或者單片機(jī)開(kāi)發(fā)板。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)所述的仿真方法，其特征在于所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的仿真方法，其特征在于所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管腳一一對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單片機(jī)硬件仿真器和仿真方法，該方法包括以下步驟在PC機(jī)上運(yùn)行Proteus軟件對(duì)虛擬電路進(jìn)行軟件仿真，在軟件仿真過(guò)程中選擇相應(yīng)的仿真模型；所述仿真模型對(duì)虛擬電路中主控制器各管腳的數(shù)字電平信號(hào)與來(lái)自單片機(jī)硬件仿真器采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，并統(tǒng)一打包成一數(shù)據(jù)包；通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)包發(fā)送給單片機(jī)硬件仿真器；單片機(jī)硬件仿真器接收來(lái)自所述仿真模型的數(shù)據(jù)包，驅(qū)動(dòng)輸出仿真頭輸出信號(hào)；硬件電路響應(yīng)來(lái)自輸出仿真頭的信號(hào)，完成硬件仿真。本仿真方法實(shí)現(xiàn)了虛擬電路與實(shí)際硬件電路的交互和同步，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)效果，便于廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)者的嵌入式開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F11/26GK102508752SQ201110368728
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者匡載華 申請(qǐng)人:廣州市風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司