什么是仿真?

我們舉一個汽車設計的例子來說明一下吧。大家一定在影視劇或電視廣告中看過這樣的鏡頭：在一個大大的廠房里，一輛嶄新的小汽車正在以很高的速度撞向一面厚厚的水泥墻。坐在車上的兩個人面不改色心不跳，一動不動地等待著死亡。他們?yōu)楹稳绱死潇o，因為“他們”是實驗用的假人。說時遲那時快，汽車已經(jīng)撞到了墻上，巨大的聲響夾雜著飛濺的碎片充滿了空間，汽車在撞擊中破了相。旁邊的幾臺高速攝像機記錄下了這一切。這是一次真實的撞擊實驗，目的是為了得出這款車型在出現(xiàn)意外時，是否能保住人的小命。安裝在假人身上的傳感器所得出的數(shù)據(jù)，能幫助工程師們發(fā)現(xiàn)安全隱患，改進汽車的設計?？梢哉f，以上就是一次仿真，一輛真車和兩個假人有計劃地撞墻，模擬了真實車禍情況。仿真讓實驗變得可能，因為沒有一個真人愿意坐在車里參與這場實驗。當真實情況很難在開發(fā)時再現(xiàn)時，仿真就可以幫助開發(fā)者完成必要的實驗。這就如同單片機開發(fā)中，我們在自己的實驗板上去開發(fā)一款產(chǎn)品一樣。當我們設計好了一個產(chǎn)品的功能，我們要在實驗板上模擬用戶的操作，看看操作是否正常，產(chǎn)品的反應速度和穩(wěn)定性如何。這些都是在仿真——模仿用戶使用的真實情況。

而本文要介紹的是僅使用單片機的“片上仿真”。片上仿真是基于單片機本身的仿真，也就是說只要一片單片機，不需要額外購買別的東西，就可以實現(xiàn)仿真。對于單片機愛好者來說，片上仿真是最高性價比的選擇，你甚至不需要修改電路，用給單片機下載HEX文件的電路就能實現(xiàn)仿真。各大單片機公司都已開發(fā)出不同性能的支持片上仿真的單片機。其中STC公司有一款性能很不錯的片上仿真單片機——IAP15F2K61S2。下面我就給大家介紹一下片上仿真環(huán)境的建立，還有進入仿真界面的操作流程，最后以一個實例告訴大家如何進行仿真調試。這是一些非常簡單的操作，只要按照本文的步驟操作，就一定能順利學會。

仿真電路連接

建立單片機仿真環(huán)境，最主要的工作是設置軟件的參數(shù)，而硬件電路的連接是很簡單的事。如果你已經(jīng)制作出了ISP下載線，并成功地給單片機寫入了HEX文件。那么從某種意義上講，你已經(jīng)完成了單片機仿真的硬件電路連接。也就是說，單片機仿真電路與ISP下載電路是完全相同的。如果是這樣，我為什么還要花時間來講仿真電路的連接呢?因為雖然電路連接相同，但單片機不同了。所以我們不能使用STC12C5A60S2和STC12C4052AD來仿真，因為這兩款芯片不帶仿真功能。而唯一帶仿真功能的單片機IAP15F2K61S2是最新發(fā)布的15系列單片機，它有著不相同的引腳定義。我們只要熟悉了它的新引腳定義，再來制作電路就不難了。

首先最明顯的是引腳定義的不同，雖然IAP15F2K61S2也是40腳的單片機，但如果把它直接插在我們做好的ISP下載線里，你會發(fā)現(xiàn)單片機是不工作的。不僅IO接口不兼容，連VCC電源輸入的位置也不同。接下來是外部晶體的使用， IAP15F2K61S2單片機不需要接外部晶體，因為它的內部集成了一個高精度的時鐘源，可以用軟件設置成5~30MHz的時鐘頻率。這一改進對我們使用者的意義是：不論我們做何應用，都不需要外接晶體的電路了。只要連接VCC和GND，單片機就可以工作。再連接TXD和RXD，單片機就能ISP下載和仿真了。

可仿真單片機IAP15F2K61S2

下載/仿真電路原理圖

新建仿真環(huán)境

硬件電路連接完畢后，下面開始步驟較多的軟件設置，請大家一定按我介紹的步驟仔細進行。

第1步：下載到STC-ISP V6.36軟件，目前只有V6.36及以上版本支持仿真功能。

第2步：點擊軟件右側的“KEIL關聯(lián)設置”選項卡。仿真相關的操作都在這個選項卡里完成。

第3步：接著點擊“添加MCU型號到Keil中”。這個操作效果是把STC芯片的仿真程序與KEIL軟件綁定在一起，這樣KEIL軟件中的仿真功能才能操作STC單片機硬件。

第4步：在彈出的“瀏覽文件夾”窗口中找到KEIL軟件的安裝目錄，并點擊“確定”(默認是在C:Keil中)。

第5步：點擊“將IAP15F2K61S2設置為2.0版仿真芯片”，在此處可以仿真的芯片有兩款：IAP15F2K61S2和IAP15L2K61S2，前一款是F表示5V電源電壓的芯片，后一款是L表示3.3V電源電壓的芯片。我們以5V芯片為例。

第6步：按下第5步的按鈕后，按鍵變灰，下方狀態(tài)窗口出現(xiàn)“正在檢測目標單片機……”。這個提示的意思是你需要給單片機重新上電了，和之前給單片機寫入HEX文件的方法相同。此時在硬件上讓單片機冷啟動，即會出現(xiàn)下載程序的提示，最后顯示下載完成。大家可能不明白了，不是要仿真嗎，為什么還要下載程序呢?其實這次下載的是仿真所需要的仿真處理程序，而不是我們要運行的HEX程序文件。仿真處理程序的功能是接收KEIL軟件通過串口發(fā)出的仿真指令，再用這個指令去操控單片機寄存器和IO接口什么的。由此可見仿真處理程序是必不可少的。

第7步：打開KEIL，打開你想要仿真的項目，我打開一個P1接口流水燈的程序，一會我們也以此為例詳細講解。

第8步：點擊Target Options按鍵，或在菜單欄中點擊Projectà Options for Target。

第9步：進入Options窗口后，點擊Device選項卡。

第10步：在Database下拉列表中選擇“STC MCU Database”項，選中后就會出現(xiàn)STC系列單片機的型號。

第11步：在左側型號中選擇“STC15F2K60S2”項，這里選的是系列型號，包括同系列的很多款單片機。

第12步：選擇“Debug”選項卡，這里面都是與仿真相關的設置。

第13步：選中窗口右上方的項目。

第14步：在下拉列表中選擇“STC Monitor-51 Driver”項。

第15步：選擇好后，點擊右側的“Settings”按鈕。

第16步：在彈出的窗口中可以設置仿真用串口通信的串口號和波特率。串口號就選擇單片機正在使用的串口。

第17步：在波特率下拉列表中選擇115200或57600，這個部分涉及到仿真的穩(wěn)定性。所以要根據(jù)你的經(jīng)驗來設置。如果你是第一次使用，可以多設置幾個值看看，哪一個最穩(wěn)定就用哪個。如果仿真時出現(xiàn)錯誤提示也可能與此有關。

第18步：設置完成后回到主界面。點擊DebugàStart/Stop Debug Session或按鍵盤上的Ctrl+F5開始仿真。這個操作是開始或停止仿真的切換按鈕。如果我們之前的設置都是正確的，單片機硬件也接通了電源，這時KEIL軟件會切換到仿真界面。

第19步：點擊仿真界面下的“Run”按鈕或按鍵盤上的F5鍵就能全速運行程序了。如果一切正常，你將會在單片機硬件電路上看到8個LED順序點亮，呈現(xiàn)流水燈效果。想復位單片機，可以按左邊的“RST”按鈕。

第20步：在全速仿真運行的狀態(tài)下，點擊“Stop”鍵停止仿真。

注意：如果在進入仿真界面或點擊“Run”按鈕后，出現(xiàn)上面的提示窗口，則表示你之前的設置存在問題，或者是硬件電路的部分有異常。解決的辦法是：首先把KEIL軟件退回到正常編程狀態(tài)，然后重新給單片機上電，再嘗試進入仿真界面。如果還不行，則重新給單片機下載一次仿真處理程序。還不行的話，就選擇KEIL仿真設置里的其他波特率，再重復前面的嘗試。最后實在沒有辦法的話就只能重啟電腦試試了。