NI Multisim下如何進(jìn)行SPICE模型和8051 MCU的協(xié)同仿真

編寫并編譯MCU源程序　　
雙擊CosimProject下的main.asm輸入程序，程序清單及注釋如下：

由于匯編器是Metalink assembler，詳細(xì)的宏命令等可以參考其用戶手冊(cè)。編寫好程序后，選擇菜單MCU→MCU 8051 U1→Build，這里的下拉子菜單可能是“MCU 8051 U2”或“U3”，主要對(duì)應(yīng)電路圖中單片機(jī)的符號(hào)名稱，Build的結(jié)果會(huì)輸出到Spreadsheet View中。

運(yùn)行程序并用示波器觀察復(fù)位過程
　匯編程序編譯通過后，就可以回到電路圖窗口，點(diǎn)擊工具欄的運(yùn)行按鈕，這時(shí)在七段數(shù)碼管上就應(yīng)該循環(huán)顯示0到9，如果顯示過快或過慢，可以調(diào)整源程序中的COUNT_NUM，改變延時(shí)時(shí)間，或雙擊U1，在805x對(duì)話框的Value標(biāo)簽里設(shè)置“時(shí)鐘速度”（Clock Speed）。
電路中為SPICE模型的C1和R1的作用是延長(zhǎng)復(fù)位引腳保持高電平的時(shí)間，避免因復(fù)位電壓持續(xù)時(shí)間過短而引起復(fù)位失敗。雙擊示波器XSC1，按示波器面板上的POWER鍵，打開示波器，點(diǎn)擊工具欄的運(yùn)行按鈕，這時(shí)調(diào)整示波器的電壓和時(shí)間刻度，得到圖7所示的復(fù)位引腳電壓的變化，每個(gè)刻度是100μs，高電平持續(xù)了大概一個(gè)刻度，可見在加電時(shí)，單片機(jī)沒有立刻運(yùn)行，有一段延遲，延遲的時(shí)間應(yīng)該足以使其內(nèi)部電壓和振蕩都處于穩(wěn)態(tài)。按下復(fù)位鍵S1時(shí)的波形如圖8所示，這時(shí)每個(gè)刻度是50μs，波形平頂?shù)牟糠质前存I按下的時(shí)間，大概20μs，之后電壓逐漸降低，當(dāng)降到約3V時(shí)，7段數(shù)碼管開始計(jì)數(shù)，說明單片機(jī)開始工作，由圖8可知復(fù)位時(shí)間被延長(zhǎng)到大概100μs。

其原理是加電瞬間或按鍵按下到松開之間，電容無電荷，兩端電壓為0V，單片機(jī)的RST引腳的電壓瞬間被提升到VCC(5V)。加電之后或按鍵松開，電容開始充電，兩端電壓逐漸增加，電阻的電壓（RST引腳電壓）由5V逐漸降低，因而延長(zhǎng)了復(fù)位引腳保持高電平的時(shí)間。實(shí)際器件對(duì)復(fù)位持續(xù)時(shí)間的要求一般在兩個(gè)機(jī)器周期，所以100微秒的復(fù)位時(shí)間要求51單片機(jī)的晶振頻率不低于0.24MHz。當(dāng)然一般情況下是根據(jù)晶振頻率確定C1和R1的值，這可以根據(jù)求解一階微分方程得到其充放電時(shí)間，或參考單片機(jī)的用戶手冊(cè)。

調(diào)試程序
選擇菜單MCU→MCU 8051 U1→Debug View，可以看到文本區(qū)上面有下拉菜單并有兩種選擇，對(duì)應(yīng)反匯編（disassembly）和列表匯編（listing assembly），簡(jiǎn)單的說，前者是由ROM的內(nèi)容得到，后者是源文件編譯后的結(jié)果。雙擊“設(shè)計(jì)工具箱”的main.asm，在源文件編輯窗口右鍵單擊語句為“MOVC A,@A+DPTR”的一行，選擇“設(shè)置/清除斷點(diǎn)”（Toggle Breakpoint）,在左側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)實(shí)心圓，點(diǎn)擊“運(yùn)行”，程序?qū)⑼Ｔ谠撔?，只不過是在“調(diào)試視圖”（Debug View）的列表匯編窗口下，同時(shí)在實(shí)心圓上多出了一個(gè)黃色箭頭。點(diǎn)擊MCU-> MCU 8051 U1->Memory View，打開MCU存儲(chǔ)器視圖，在該視圖可以查看特殊函數(shù)寄存器（SFR），內(nèi)部RAM(IRAM)，內(nèi)部ROM（IROM），外部RAM（XRAM）。在SFR表格內(nèi)觀察ACC的值，此時(shí)應(yīng)該為“00”，在IRAM里觀察地址為21H的值，因?yàn)?ldquo;MOV SP,#20H”語句將21H作為堆棧的第一個(gè)存儲(chǔ)字節(jié)的地址，斷點(diǎn)的前一處語句“PUSH ACC”使該字節(jié)存儲(chǔ)ACC的值，此時(shí)也為“00”。再點(diǎn)“運(yùn)行”，程序第二次停在斷點(diǎn)處，觀察SFR中的ACC和IRAM中的21H，如圖9所示應(yīng)，兩個(gè)單元格里的值都應(yīng)為“01”，你還可以雙擊該單元格進(jìn)行修改，該值也正是七段數(shù)碼管即將顯示的下一個(gè)數(shù)。點(diǎn)擊MCU菜單，可以看到除了設(shè)置斷點(diǎn)以外還可單步進(jìn)入（Step into），遇到函數(shù)時(shí)進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部；跳過（Step over），即不進(jìn)入函數(shù)；跳出（Step out），即跳出函數(shù)到調(diào)用函數(shù)的下一條語句?！　　　?br />
圖9 MCU存儲(chǔ)器視圖

結(jié)束語
　本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的電路介紹了在NI Multisim下如何進(jìn)行SPICE模型（這里主要指C1和R1）和8051 MCU的協(xié)同仿真。NI Multisim10不但有多種編譯和調(diào)試功能，還提供了RAM，ROM，鍵盤，液晶屏等外設(shè)，是初學(xué)單片機(jī)的理想工具。掌握了基本的硬件結(jié)構(gòu)，匯編指令和調(diào)試方法后，讀者可以利用Multisim開發(fā)更復(fù)雜的系統(tǒng)并仿真，為下一步設(shè)計(jì)實(shí)際的硬件電路做準(zhǔn)備。
說明：因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流是有限制的，不能太大，否則會(huì)燒毀單片機(jī)的。所以應(yīng)在數(shù)碼管的CA端和VCC端之間接一個(gè)限流電阻（100歐姆）；或者在單片機(jī)與數(shù)碼管之間接入一個(gè)排阻（7個(gè)）也可以，這樣仿真時(shí)就不會(huì)燒毀單片機(jī)了。