PIC單片機(jī)源程序的模擬仿真設(shè)計(jì)

我們?cè)诰庉?a target="_blank">PIC單片機(jī)的C語(yǔ)言時(shí)，常常應(yīng)用對(duì)源程序的模擬仿真技術(shù)，因?yàn)閷?duì)程序的模擬仿真可代替部分單片機(jī)的硬件制作與調(diào)試，即使在深入學(xué)習(xí)PIC單片機(jī)C語(yǔ)言程序時(shí)，模擬仿真技術(shù)，也是不可缺少的。這里以程序?qū)嵗菔酒洳僮鞣椒ā?/p>

對(duì)源程序的模擬仿真可以完成下列功能：直接觀察C程序從主程序main（）開(kāi)始運(yùn)行的全過(guò)程；為了清楚觀察程序中各變量和寄存器的變化情況，可采用單步運(yùn)行（stePINto）命令和單步越過(guò)（stepover）命令進(jìn)行模擬運(yùn)行調(diào)試，使觀察變量更方便；設(shè)置斷點(diǎn)再選擇Run（快速）命令，程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處會(huì)停下來(lái)，以便觀察變量功能；此外，還能定量觀察程序中的變化值，如直接觀察程序的延時(shí)量等多種功能。當(dāng)然在進(jìn)行程序模擬仿真時(shí)，對(duì)源程序還有些技巧性的處理，以下將分別敘述。

1．PICC與PICC18的C編譯簡(jiǎn)介

要用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)PIC單片機(jī)和模擬仿真調(diào)試程序，必須有相應(yīng)的編譯器，PICC與PICC18的C編譯器是優(yōu)化的PIC單片機(jī)C編譯器，它由澳大利亞HI-TECH公司研制的，該編譯器是目前性能優(yōu)異的PIC系列單片機(jī)C編譯器軟件，也完全符合美國(guó)ANSIC標(biāo)準(zhǔn)。PICC是用于PIC16系列產(chǎn)品：PICC18可用于PIC18系列產(chǎn)品；這兩個(gè)編譯器均可運(yùn)行在微芯公司MPLABIDE集成開(kāi)發(fā)的環(huán)境下工作。

由于該C編譯器是運(yùn)行在MP/ABIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下的，所以要求用戶熟悉MPLABIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下的使用方法。

（1）PICC與PICC18編譯器的主要特性。該編譯器是在MPLAIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，對(duì)源代碼程序的調(diào)試，可在源程序上設(shè)置斷點(diǎn)，而當(dāng)源程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處會(huì)自動(dòng)停止下來(lái)，、以便操作者觀察變量值和修改變量值；在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行程序的單步，連續(xù)運(yùn)行操作，也便于操作者觀察程序中的各個(gè)變量值；支持硬件仿真，即MPLABICE（ln-CircuitEmulator）、支持軟件仿真，即MPLABSIM（Simulator）和一些在線調(diào)試器，如MPLABICD（ln-CircuitDebugger）ICD2調(diào)試器。此外，在單個(gè)項(xiàng)目中允許匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的混含編程。

（2）PICC與PICC18編譯器支持的變量類(lèi)型。在編輯PIC單片機(jī)C程序時(shí)，定要按照PICC與PICC18的編譯器所支持的變量類(lèi)型書(shū)寫(xiě)程序的格式進(jìn)行，這些格式如圖附表所示。

以上所述的內(nèi)容，均可在以下的程序?qū)嵗械玫秸f(shuō)明。有關(guān)MPLABIDE和PICC與PICC18的軟件，均可在網(wǎng)站上下載獲取，再安裝在自己的電腦中，注意：電腦桌面應(yīng)是XP系統(tǒng)的。

2．源程序的軟件仿真調(diào)試前的準(zhǔn)備

對(duì)PIC單片機(jī)的軟件仿真調(diào)試時(shí)，應(yīng)首先在MPLABIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下（筆者用的是MPLABIDEv7.40版）編輯其源程序，并命名XX.C。

然后通過(guò)創(chuàng)建項(xiàng)目（project）再經(jīng)PICC編譯器（在MPLABIDE環(huán)境下）對(duì)程序編譯，最后生成了目標(biāo)碼.hex后，才可對(duì)源程序進(jìn)行仿真調(diào)試。

將上述在C編譯成功的C程序PIC1.c直接調(diào)到MPLABIDE的桌面上（若筆者要引用PICl.e作模擬仿真調(diào)試，仍應(yīng)在MPLABIDE環(huán)境下，經(jīng)pice編譯器對(duì)PICl.e編譯生成.hex，才能進(jìn)行仿真調(diào)試），如下圖所示（部分界面），在圖4的界面上標(biāo)記有MPLABIDEV7.40和PICl.c的部分程序。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊界面上的Debugger（調(diào)試），在其下拉菜單SelectTool引導(dǎo)下的命令MPLABSIM（軟件模擬調(diào)試），用鼠標(biāo)點(diǎn)擊之，生成上圖的界面（部分），在其界面頂端有7個(gè)按鈕（調(diào)試快捷圖標(biāo)），為了說(shuō)明問(wèn)題，單獨(dú)取下，如下圖所示。

按鈕各命令的特性：

（1）Run：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Run按鈕，可直接運(yùn)行程序，直到遇到斷點(diǎn)（以下將介紹）或單擊Halt（停機(jī)）按鈕為止。多數(shù)情況下不使用Run方式進(jìn)行程序調(diào)試，因?yàn)檫@種運(yùn)行方式很難觀察到程序運(yùn)行中的狀態(tài)。只是在程序中設(shè)置有斷點(diǎn)時(shí)，方可派上用場(chǎng)。

（2）Halt：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該Halt按鈕，可使單片機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。如其他各按鈕一旦工作，程序運(yùn)行，只需點(diǎn)擊Halt按鈕，程序即刻停止運(yùn)行。

（3）Animate：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該按鈕，可使仿真程序慢步運(yùn)行，在運(yùn)行時(shí)不停地刷新寄存器的值，利用watch窗口即可觀察到寄存器的改變值（定量察看）。

（4）Step Into：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該按鈕，僅執(zhí)行一條代碼指令，然后停機(jī)，再點(diǎn)擊該按鈕，又執(zhí)行一條代碼指令。

（5）Step over：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該按鈕，可把調(diào)用的子程序全部執(zhí)行完成，然后在下一條指令操作碼處暫停。當(dāng)被調(diào)用的程序是一個(gè)延時(shí)程序時(shí)，特別有用，這與單步執(zhí)行完全等效。

（6）Step out：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，就直接跳出程序。

（7）Reset：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該按鈕，程序運(yùn)行復(fù)位。

上述各個(gè)仿真按鈕功能，在實(shí)際對(duì)程序仿真調(diào)試時(shí)，往往是配合使用而不是單一的使用．這將在以下仿真調(diào)試時(shí)清楚地看到。

3．源程序的軟件仿真操作

（1）定性觀察源程序PICl.e的運(yùn)行過(guò)程：將已編譯成功的PICl.e源程序圖5放在電腦桌面上放大獲得完整界面之后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕Animate（慢速），然后快速又用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖6的按鈕Halt（停止），即可使程序快速運(yùn)行到主函數(shù)處，停止運(yùn)行，如下圖所示。

從界面上可看到主程序main（）的下方左邊，有一程序運(yùn)行的黃色箭頭并指向程序體中的賦值語(yǔ)句TRISB=0x00；代表C程序的運(yùn)行總是從主程序開(kāi)始的。接著用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖6的按鈕Step Into（單步），每點(diǎn)擊_次程序運(yùn)行的黃色箭頭就順序向下運(yùn)行一次，直到首次運(yùn)行到主調(diào)顯示函數(shù)display（x）；你可不再點(diǎn)擊而停下來(lái)，如下圖所示。

程序首次運(yùn)行到主調(diào)顯示函數(shù)display（x）；的原因是在main（）函數(shù)體內(nèi)的賦值語(yǔ)句x=0；此時(shí)若用鼠標(biāo)再點(diǎn)擊按鈕Step Into（單步），則程序就轉(zhuǎn)到被調(diào)函數(shù)處，將主調(diào)函數(shù)的實(shí)參0，經(jīng)值傳遞到被調(diào)函數(shù)Voiddisplay（unsigned int x）的形參，然后由被調(diào)函數(shù)執(zhí)行其顯示的功能，此時(shí)數(shù)碼管LED顯示為00。其顯示界面如下圖所示。

若要使程序再運(yùn)行，就要將鼠標(biāo)不斷點(diǎn)擊按鈕Step Into、直到運(yùn)行到賦值語(yǔ)句urut_bit=X%l0；處，就不再點(diǎn)擊為止，如下圖所示。

要使程序再運(yùn)行，換用按鈕Step over（單步越過(guò)），此時(shí)程序即可順序運(yùn)行下去，如下圖所示。

由于程序運(yùn)行到while（d＞0）中，而D=97，若再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕Stepover，也很難跳出循環(huán)，為此要讓程序跳出while（d＞0）循環(huán)，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕Stepout（單步跳出），此時(shí)程序跳出循環(huán)到while（l）循環(huán)語(yǔ)句中的x++；處即黃色箭頭所指位置（不是第一次的display（x）處，如下圖所示。

此時(shí)程序執(zhí)行X++的0+1=1，若再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕Step Into（單步），程序運(yùn)行到下一步的if語(yǔ)句，即判斷X達(dá)到100否（數(shù)碼管LED顯示最大為99），如下圖所示。

若X++＜100，又用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕Step Into（單步），則程序立刻返回到調(diào)用顯示函數(shù)處display（x）；如下圖所示。

此時(shí)仍然注意程序運(yùn)行的黃色箭頭指示。

上述的源程序軟件仿真操作，均利用下圖的各按鈕進(jìn)行的，實(shí)際操作時(shí)也可利用MPLAB IDE的Debugger（調(diào)試）下拉菜單，同樣有下圖按鈕對(duì)應(yīng)的命令從Run-Reset，只不過(guò)使用起來(lái)很不方便吧！

（2）定量觀察源程序中變量值的變化：這里的定量觀察是指兩種定量：1）變量，如PICl.c中的數(shù)碼管LED的個(gè)位，十位的變量顯示的增薰值變化；2）程序運(yùn)行時(shí)每條命令代碼所清耗的時(shí)間或程序段的清耗時(shí)間。

其操作方法如下：在操作右圖時(shí)，同時(shí)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊MPLAB IDE中的Debugger，在其下拉菜單中，點(diǎn)擊Setting，即可出現(xiàn)——Simulator Setting新界面，該界面用于用戶對(duì)PIC單片機(jī)時(shí)鐘頻率的設(shè)置，將界面中的20（MHz）改為實(shí)際工作頻率（筆者是4MHz），然后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊確定，界面消失。再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Debugger，在其下拉菜單中，點(diǎn)擊命令Stopwatch，即出現(xiàn)Stopwatch界面，將該界面放在MPLAB IDE的桌面上，又用鼠標(biāo)點(diǎn)擊MPLAB IDE中的View，在其下拉菜單中，點(diǎn)擊LOCals命令，則又出現(xiàn)Locals的新界面。這樣右圖的界面中同時(shí)又出現(xiàn)了上面兩種界面（包括程序菜單三種界面），如下圖所示。

此時(shí)仍按右圖的方法進(jìn)行仿真操作，此時(shí)可在Stopwatch界面中觀察到程序運(yùn)行一次的時(shí)間值（用鼠標(biāo)每次點(diǎn)Zero觀察）或程序的累計(jì)值（不管Zero）；同時(shí)在Locals界面上觀察數(shù)碼管LED的個(gè)位或十位的累計(jì)值。

實(shí)際操作時(shí)，往往需對(duì)程序作技術(shù)處理，否則操作耗時(shí)太長(zhǎng)。如將PICl.c中的d值從97改為3和將if（x==100）改為if（12），然后再進(jìn)行編譯生成目標(biāo)碼.hex后，再進(jìn)行上述仿真調(diào)試，就很理想了。
來(lái)源；21ic