仿真技术在单片机开发中的应用探讨

摘 要 当下，单片机技术逐渐成熟已然是计算机发展和应用的不可或缺的重要方面。单片机技术的开发与运用从根上扭转了传统的系统控制方法和设计思路。本文采用单片机AT89S51软硬件协同的仿真技术来模拟电子琴系统应用，目的是凸显出单片机的普适性，进而促进单片机技术的运用和发展。

关键词 单片机开发；仿真技术；应用

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0216-02

截至目前，单片机正向着高的集成度、体积小、可靠、低功耗的方向发展，以便于生产出体积小方便携带的、高性价比的产品。现在，一些从业人员越来越重视单片机的开发应用。这当中最重要的也就是仿真技术，采用软硬件协同仿真的技术，来模拟应用的系统，以降低投资风险。

1 单片机仿真技术综述

单片机是一个芯片上集成了中央处理器CPU、存储器、定时器这些功能的完善的的计算机系统。单片机吸引了人们的极大关注，在单片机技术进步的同时也促进了电子通信、电气控制等领域的发展，逐渐成为当前应用中较为广泛的技术之一。但是在产品设计的过程中，需要进行技术代码的反复调试，随开发难度的增高产品的成本也会增加，阻碍了单片机开发的推广。

这些年来，像Proteus仿真软件的开发运用，计算机仿真技术的发展势头非常迅猛。与此同时，单片机仿真技术也有了进一步地发展。单片机仿真技术是一种综合性非常强的重要技术，它具有安全高效、较少受环境限制的优点。单片机仿真技术是以计算机为基础的软件应用，建立有关系统设计的模型实现模拟，对数据进行处理并作一定地分析，检验程序的正确性，采用动态的系统仿真模型测试真实的环境，及时发现潜在地问题并纠正。

然而单片机技术作为现代信息技术中隶属于计算机仿真的重要应用分支，在近年来也取得了较大的技术突破。单片机仿真中会应用到软硬件协同仿真技术，这项技术多是在硬件还没有准备好的条件下开展同仿真的验证。如此，软硬件协同仿真技术这一技术为单片机应用的开发提供了一个广阔的发展舞台，这一技术带给人们的如此大的惊喜。

2 仿真技术在单片机开发中的应用举例

现在软硬件协同仿真技术处理低级别的系统还是够用的，仿真模式包括软件调试、微处理器模式以及软硬件协同仿真技术RTL的描述。一般情况下，单片机开发中的仿真过程会有软件环境和硬件环境分别对应的控制接口，都需要通过晶振时间来分别完成硬件和处理器交互接入。在这里介绍了将软硬件协同仿真技术应用到电子琴系统应用中，以及如何在实践中完成软硬件协同仿真。

2.1 仿真系统总体设计

以电子琴系统为例，系统的硬件仿真及调试界面主要是基于仿真板，系统执行、监控断点、内部存储器和寄存器数据返回给硬件仿真板是单片机仿真软件的功能，在此同时单片机仿真软件执行产生和捕获功能，也会将系统内部模块的功能启动调用。本次例子的设计总体包括有AT89S51单片机、矩阵式键盘、音频模块及显示模块四部分。电子琴应用的硬件仿真设计电路图如下：

2.2 AT89S51单片机设计

AT89S51单片机总共有40个引脚，其内部存储器的前4K个字节被分配给了程序存储器，128个字节分配给了随机存储器，芯片周围具有32个外部双向口引脚，中断指针可以实现优先级的控制以及对应循环嵌套，2个定时器、计数器需要16位控制，芯片内置看门口程序功能，嵌入有晶振。芯片具备低功耗、高性能等特点。MCS-51指令集和80C51芯片的引脚结构系统仿真及开发的主要资料，采用非常高的密度，不容易丢失损坏内存的先进技术。对于系统开发的效率方面，可以将具有特定功能的控制应用拷入到芯片，以实现开发成本低、效率高的目标。

2.3 矩阵式键盘结构设计

在开发电子琴系统的过程中需要用到较多的按键，因此本次设计采用矩阵形式排列来完成设计。同直接连接的键盘相比，尽管矩阵式键盘的结构比较复杂，识别方式也相对繁琐，但这种矩阵式键盘的结构却能够很好地改善端口的利用率。电子琴系统中每个键的行、列线同引脚的连接都要间隔电阻元件，通过高低电平来实现设计。假如把行线作为输出端，不按键时，输出端是高电平“1”，表示没有按下按键；把列线作为输入端，有按下键时，输入端为低电平“0”，这样通过观察输入端的电平的高低就可以知道是不是有键按下。

2.4 音频模块设计

用AT89S51定时器记录一个音频脉冲，每经过一半的音频脉冲时间，就反向输出，一直反复，就产生不同频率的脉冲信号，通过蜂鸣器发出声音，形成动听的音乐，这就是该电子琴应用系统的音频模块。

2.5 显示模块设计

把共阴极数码管a-h这8个引脚连接到AT89S51单片机的P2端口的P2.0～P2.7，来形成电子琴系统应用的显示模块，数码管在应用中可以将数字0～9显示出来。

总而言之，系统仿真及开发都要考虑到软件及单片机的实际情况，仿真模拟运行并验证软件的可行性，在设计前期尽可能地发现系统设计的潜在问题，及时地纠正问题避免投资的浪费，攻克单片机技术的设计开发成本高这一难关。

3 结论

结合以上内容，开发人员对软硬件协同仿真技术的使用中可以更加高效地应用仿真模拟功能，便捷开发的过程。这也表明了，软硬件协同仿真这一技术在进行系统应用设计的调整上能更方便更快速，在设计实现应用系统的前期能更好地验证应用的可行性，更好地进行软硬件的检测。这一技术在单片机技术设计开发仿真能力中是最最方便且实用性很强的工具，由此也可以得出，利用单片机技术开发应用时，这一种仿真技术是特别值得推广的值得宣传的先进技术。可以笃定，随着信息技术越来越快地发展和单片机仿真技术越来越完善，单片机仿真技术能够运用到生活的方方面面，利用单片机技术设计开发应用，通过运用单片机仿真技术，来获得效益的最大化。

参考文献

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