CN102508752A - 一种单片机硬件仿真器和仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单片机硬件仿真器和仿真方法，该方法包括以下步骤：在PC机上运行Proteus软件对虚拟电路进行软件仿真，在软件仿真过程中选择相应的仿真模型；所述仿真模型对虚拟电路中主控制器各管脚的数字电平信号与来自单片机硬件仿真器采集进来的信号进行逻辑处理，并统一打包成一数据包；通过USB接口将数据包发送给单片机硬件仿真器；单片机硬件仿真器接收来自所述仿真模型的数据包，驱动输出仿真头输出信号；硬件电路响应来自输出仿真头的信号，完成硬件仿真。本仿真方法实现了虚拟电路与实际硬件电路的交互和同步，增强了实验实训设备的实验效果，便于广大学生的学习和开发者的嵌入式开发设计。

Description

一种单片机硬件仿真器和仿真方法
技术领域
本发明涉及单片机仿真领域，尤其是一种基于Proteus软件的单片机硬件仿真器和仿真方法。
背景技术
在嵌入式系统的设计中，仿真应用的范围主要集中在对程序的仿真上。例如，在单片机的开发过程中，程序的设计是最为重要的但也是难度最大的。传统的嵌入式系统仿真软件，如Proteus，与嵌入式硬件系统是没有太大关联的。软件仿真是纯软件仿真，与硬件系统无关。软件仿真的缺点是无法完全仿真与硬件相关的部分，因此最终还要通过硬件仿真来完成最终的设计。这种软硬件的割裂，在学校、培训机构和科研企业里面，对学生和职员学习嵌入式系统开发带来很多不利的影响，从而无法快速而准确地掌握嵌入式系统开发的方法和技巧。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能与Proteus嵌入式系统仿真软件同步与交互的单片机硬件仿真器。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种硬件电路与Proteus嵌入式系统虚拟电路可交互操作的单片机硬件仿真方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种单片机硬件仿真器，包括一用于仿真控制的处理器，所述处理器的数据端口分别连接有一USB接口电路和输出仿真头。
进一步作为优选的实施方式，所述处理器为STM32F103控制器。
一种单片机硬件仿真方法，包括以下步骤：
在PC机上运行Proteus软件对虚拟电路进行软件仿真，在软件仿真过程中选择相应的仿真模型；
所述仿真模型对虚拟电路中主控制器各管脚的数字电平信号与来自单片机硬件仿真器采集进来的信号进行逻辑处理，并统一打包成一数据包；
通过USB接口将数据包发送给单片机硬件仿真器；
单片机硬件仿真器接收来自所述仿真模型的数据包，驱动输出仿真头输出信号；
硬件电路响应来自输出仿真头的信号，完成硬件仿真。
进一步作为优选的实施方式，所述USB接口，用于仿真模型与硬件仿真器之间的数据传输。
进一步作为优选的实施方式，所述硬件电路为单片机试验箱或者单片机开发板等实际物理硬件电路。
进一步作为优选的实施方式，所述仿真模型与所述硬件电路的芯片接口模型对应。
进一步作为优选的实施方式，所述输出仿真头的管脚与虚拟电路中主控制器的管脚一一对应。
本发明的有益效果是：本发明单片机硬件仿真器，通过USB接口实现了单片机硬件仿真器内的处理器与PC机上的接口模型的交互和同步，改变了传统的Proteus纯软件仿真的仿真方式，实现了实验实训装置与虚拟电路的同步交互，大大方便了单片机电路的硬件仿真，有利于学生的学习和开发者的实验开发。
本发明的另一有益效果是：本发明单片机硬件仿真方法，通过在PC机上运行Proteus软件，并编制与对应要仿真的单片机的芯片接口模型对应的仿真模型，通过单片机硬件仿真器，即可实现对硬件电路的硬件仿真的控制，并且实际硬件电路上的交互器件操作通过单片机硬件仿真器的采集、USB接口与PC机的通信，同样可以作用于虚拟电路，即可实现虚拟电路与实际硬件电路的交互和同步，增强了实验实训设备的实验效果，便于广大学生的学习和开发者的嵌入式开发设计。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明单片机硬件仿真器的原理框图；
图2是本发明单片机硬件仿真器的电路原理图；
图3是本发明单片机硬件仿真器中输出仿真头的电路原理图；
图4是本发明单片机硬件仿真器中USB接口电路的电路原理图；
图5是本发明单片机硬件仿真方法的步骤流程图；
图6是本发明实施例中单片机硬件仿真方法的系统方框图。
具体实施方式
本发明基于硬件仿真器搭建了一个PC机上虚拟电路与实际硬件电路交互和同步的单片机硬件仿真系统。
参照图1,本发明单片机硬件仿真器，包括一用于仿真控制的处理器，所述处理器的数据端口分别连接有一USB接口电路和输出仿真头。
优选的，参照图2,本发明中处理器为STM32F103控制器，它的外围连接有提供时钟频率的石英振荡器SX1和SC1、SC2，其余的端口分别连接至如图3所示的输出仿真头和图4所示的USB接口电路。
参照图5和图6,一种单片机硬件仿真方法，包括以下步骤：
在PC机上运行Proteus软件对虚拟电路进行软件仿真，在软件仿真过程中选择相应的仿真模型；
所述仿真模型对虚拟电路中主控制器各管脚的数字电平信号与来自单片机硬件仿真器采集进来的信号进行逻辑处理，并统一打包成一数据包；
通过USB接口将数据包发送给单片机硬件仿真器；
单片机硬件仿真器接收来自所述仿真模型的数据包，驱动输出仿真头输出信号；
硬件电路响应来自输出仿真头的信号，完成硬件仿真。
在本发明方法中，所述USB接口，用于仿真模型与硬件仿真器之间的数据传输。
进一步作为优选的实施方式，所述硬件电路为单片机试验箱或者单片机开发板等实际物理硬件电路。
进一步作为优选的实施方式，所述仿真模型与所述硬件电路的芯片接口模型对应，仿真模型需预先根据待仿真的硬件电路的芯片接口模型在PC机上进行编制。
进一步作为优选的实施方式，所述输出仿真头的管脚与虚拟电路中主控制器的管脚一一对应。
在本发明具体实施例中，一个在PC机上的Proteus仿真平台设计的一个虚拟单片机电路通过本单片机硬件仿真器可以和一个对应的实际硬件电路同步运行，即实际硬件电路将运行虚拟电路的程序，而且实际硬件电路上的交互器件操作同样可以作用于虚拟电路，反之，操作虚拟电路上的交互器件也可对实际硬件电路起作用。
由于Proteus软件含有大量的单片机器件模型，可提供丰富的仿真元器件资源，并且其元器件、连接线路与实际的单片机硬件电路高度对应，本发明在基于Proteus软件基础上开发了单片机硬件仿真器，极大方便了学生在实验实训课程中对单片机硬件电路的调试和仿真，通过在Proteus软件上设置断点，添加观察变量、设置单步或者全速的运行方式来对实际硬件电路进行硬件仿真，同样，也方便了广大嵌入式设计者的开发调试过程。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种单片机硬件仿真器，其特征在于：包括一用于仿真控制的处理器，所述处理器的数据端口分别连接有一USB接口电路和输出仿真头。
2.根据权利要求1所述的一种单片机硬件仿真器，其特征在于：所述处理器为STM32F103控制器。
3.一种基于权利要求1或者2所述的单片机硬件仿真器的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
在PC机上运行Proteus软件对虚拟电路进行软件仿真，在软件仿真过程中选择相应的仿真模型；
所述仿真模型对虚拟电路中主控制器各管脚的数字电平信号与来自单片机硬件仿真器采集进来的信号进行逻辑处理，并统一打包成一数据包；
通过USB接口将数据包发送给单片机硬件仿真器；
单片机硬件仿真器接收来自所述仿真模型的数据包，驱动输出仿真头输出信号；
硬件电路响应来自输出仿真头的信号，完成硬件仿真。
4.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于：所述USB接口，用于仿真模型与硬件仿真器之间的数据传输。
5.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于：所述硬件电路为单片机试验箱或者单片机开发板。
6.根据权利要求3至5任一项所述的仿真方法，其特征在于：所述仿真模型与所述硬件电路的芯片接口模型对应。
7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于：所述输出仿真头的管脚与虚拟电路中主控制器的管脚一一对应。
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