Multisim 10中的MCU模块如何进行单片机协同仿真

编写并编译MCU源程序　　
双击CosimProject下的main.asm输入程序，程序清单及注释如下：

由于汇编器是Metalink assembler，详细的宏命令等可以参考其用户手册。编写好程序后，选择菜单MCU→MCU 8051 U1→Build，这里的下拉子菜单可能是“MCU 8051 U2”或“U3”，主要对应电路图中单片机的符号名称，Build的结果会输出到Spreadsheet View中。

运行程序并用示波器观察复位过程
　汇编程序编译通过后，就可以回到电路图窗口，点击工具栏的运行按钮，这时在七段数码管上就应该循环显示0到9，如果显示过快或过慢，可以调整源程序中的COUNT_NUM，改变延时时间，或双击U1，在805x对话框的Value标签里设置“时钟速度”（Clock Speed）。
电路中为SPICE模型的C1和R1的作用是延长复位引脚保持高电平的时间，避免因复位电压持续时间过短而引起复位失败。双击示波器XSC1，按示波器面板上的POWER键，打开示波器，点击工具栏的运行按钮，这时调整示波器的电压和时间刻度，得到图7所示的复位引脚电压的变化，每个刻度是100μs，高电平持续了大概一个刻度，可见在加电时，单片机没有立刻运行，有一段延迟，延迟的时间应该足以使其内部电压和振荡都处于稳态。按下复位键S1时的波形如图8所示，这时每个刻度是50μs，波形平顶的部分是按键按下的时间，大概20μs，之后电压逐渐降低，当降到约3V时，7段数码管开始计数，说明单片机开始工作，由图8可知复位时间被延长到大概100μs。

其原理是加电瞬间或按键按下到松开之间，电容无电荷，两端电压为0V，单片机的RST引脚的电压瞬间被提升到VCC(5V)。加电之后或按键松开，电容开始充电，两端电压逐渐增加，电阻的电压（RST引脚电压）由5V逐渐降低，因而延长了复位引脚保持高电平的时间。实际器件对复位持续时间的要求一般在两个机器周期，所以100微秒的复位时间要求51单片机的晶振频率不低于0.24MHz。当然一般情况下是根据晶振频率确定C1和R1的值，这可以根据求解一阶微分方程得到其充放电时间，或参考单片机的用户手册。

调试程序
选择菜单MCU→MCU 8051 U1→Debug View，可以看到文本区上面有下拉菜单并有两种选择，对应反汇编（disassembly）和列表汇编（listing assembly），简单的说，前者是由ROM的内容得到，后者是源文件编译后的结果。双击“设计工具箱”的main.asm，在源文件编辑窗口右键单击语句为“MOVC A,@A+DPTR”的一行，选择“设置/清除断点”（Toggle Breakpoint）,在左侧会出现一个实心圆，点击“运行”，程序将停在该行，只不过是在“调试视图”（Debug View）的列表汇编窗口下，同时在实心圆上多出了一个黄色箭头。点击MCU-> MCU 8051 U1->Memory View，打开MCU存储器视图，在该视图可以查看特殊函数寄存器（SFR），内部RAM(IRAM)，内部ROM（IROM），外部RAM（XRAM）。在SFR表格内观察ACC的值，此时应该为“00”，在IRAM里观察地址为21H的值，因为“MOV SP,#20H”语句将21H作为堆栈的第一个存储字节的地址，断点的前一处语句“PUSH ACC”使该字节存储ACC的值，此时也为“00”。再点“运行”，程序第二次停在断点处，观察SFR中的ACC和IRAM中的21H，如图9所示应，两个单元格里的值都应为“01”，你还可以双击该单元格进行修改，该值也正是七段数码管即将显示的下一个数。点击MCU菜单，可以看到除了设置断点以外还可单步进入（Step into），遇到函数时进入函数内部；跳过（Step over），即不进入函数；跳出（Step out），即跳出函数到调用函数的下一条语句。　　　　

图9 MCU存储器视图

结束语
　本文以一个简单的电路介绍了在NI Multisim下如何进行SPICE模型（这里主要指C1和R1）和8051 MCU的协同仿真。NI Multisim10不但有多种编译和调试功能，还提供了RAM，ROM，键盘，液晶屏等外设，是初学单片机的理想工具。掌握了基本的硬件结构，汇编指令和调试方法后，读者可以利用Multisim开发更复杂的系统并仿真，为下一步设计实际的硬件电路做准备。
说明：因为单片机的电流是有限制的，不能太大，否则会烧毁单片机的。所以应在数码管的CA端和VCC端之间接一个限流电阻（100欧姆）；或者在单片机与数码管之间接入一个排阻（7个）也可以，这样仿真时就不会烧毁单片机了。