專利名稱：一種單片機硬件仿真器和仿真方法
技術領域：
本發明涉及單片機仿真領域，尤其是一種基于Proteus軟件的單片機硬件仿真器和仿真方法。
背景技術：
在嵌入式系統的設計中，仿真應用的范圍主要集中在對程序的仿真上。例如，在單片機的開發過程中，程序的設計是最為重要的但也是難度最大的。傳統的嵌入式系統仿真軟件，如ft^teus，與嵌入式硬件系統是沒有太大關聯的。軟件仿真是純軟件仿真，與硬件系統無關。軟件仿真的缺點是無法完全仿真與硬件相關的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最終的設計。這種軟硬件的割裂，在學校、培訓機構和科研企業里面，對學生和職員學習嵌入式系統開發帶來很多不利的影響，從而無法快速而準確地掌握嵌入式系統開發的方法和技巧。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能與Proteus嵌入式系統仿真軟件同步與交互的單片機硬件仿真器。本發明要解決的另一技術問題是提供一種硬件電路與Proteus嵌入式系統虛擬電路可交互操作的單片機硬件仿真方法。為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是
一種單片機硬件仿真器，包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數據端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。進一步作為優選的實施方式，所述處理器為STM32F103控制器?！N單片機硬件仿真方法，包括以下步驟
在PC機上運行ftOteus軟件對虛擬電路進行軟件仿真，在軟件仿真過程中選擇相應的仿真模型；
所述仿真模型對虛擬電路中主控制器各管腳的數字電平信號與來自單片機硬件仿真器采集進來的信號進行邏輯處理，并統一打包成一數據包； 通過USB接口將數據包發送給單片機硬件仿真器；
單片機硬件仿真器接收來自所述仿真模型的數據包，驅動輸出仿真頭輸出信號； 硬件電路響應來自輸出仿真頭的信號，完成硬件仿真。進一步作為優選的實施方式，所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數據傳輸。進一步作為優選的實施方式，所述硬件電路為單片機試驗箱或者單片機開發板等實際物理硬件電路。進一步作為優選的實施方式，所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對應。
3
進一步作為優選的實施方式，所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管
腳——對應。本發明的有益效果是本發明單片機硬件仿真器，通過USB接口實現了單片機硬件仿真器內的處理器與PC機上的接口模型的交互和同步，改變了傳統的Proteus純軟件仿真的仿真方式，實現了實驗實訓裝置與虛擬電路的同步交互，大大方便了單片機電路的硬件仿真，有利于學生的學習和開發者的實驗開發。本發明的另一有益效果是本發明單片機硬件仿真方法，通過在PC機上運行 Proteus軟件，并編制與對應要仿真的單片機的芯片接口模型對應的仿真模型，通過單片機硬件仿真器，即可實現對硬件電路的硬件仿真的控制，并且實際硬件電路上的交互器件操作通過單片機硬件仿真器的采集、USB接口與PC機的通信，同樣可以作用于虛擬電路，即可實現虛擬電路與實際硬件電路的交互和同步，增強了實驗實訓設備的實驗效果，便于廣大學生的學習和開發者的嵌入式開發設計。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步說明 圖1是本發明單片機硬件仿真器的原理框圖2是本發明單片機硬件仿真器的電路原理圖； 圖3是本發明單片機硬件仿真器中輸出仿真頭的電路原理圖； 圖4是本發明單片機硬件仿真器中USB接口電路的電路原理圖； 圖5是本發明單片機硬件仿真方法的步驟流程圖； 圖6是本發明實施例中單片機硬件仿真方法的系統方框圖。
具體實施例方式本發明基于硬件仿真器搭建了一個PC機上虛擬電路與實際硬件電路交互和同步的單片機硬件仿真系統。參照圖1，本發明單片機硬件仿真器，包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數據端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。優選的，參照圖2，本發明中處理器為STM32F103控制器，它的外圍連接有提供時鐘頻率的石英振蕩器SXl和SCI、SC2，其余的端口分別連接至如圖3所示的輸出仿真頭和圖4所示的USB接口電路。參照圖5和圖6，一種單片機硬件仿真方法，包括以下步驟
在PC機上運行ftOteus軟件對虛擬電路進行軟件仿真，在軟件仿真過程中選擇相應的仿真模型；
所述仿真模型對虛擬電路中主控制器各管腳的數字電平信號與來自單片機硬件仿真器采集進來的信號進行邏輯處理，并統一打包成一數據包； 通過USB接口將數據包發送給單片機硬件仿真器；
單片機硬件仿真器接收來自所述仿真模型的數據包，驅動輸出仿真頭輸出信號； 硬件電路響應來自輸出仿真頭的信號，完成硬件仿真。在本發明方法中，所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數據傳輸。
進一步作為優選的實施方式，所述硬件電路為單片機試驗箱或者單片機開發板等實際物理硬件電路。進一步作為優選的實施方式，所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對應，仿真模型需預先根據待仿真的硬件電路的芯片接口模型在PC機上進行編制。進一步作為優選的實施方式，所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管
腳——對應。在本發明具體實施例中，一個在PC機上的Proteus仿真平臺設計的一個虛擬單片機電路通過本單片機硬件仿真器可以和一個對應的實際硬件電路同步運行，即實際硬件電路將運行虛擬電路的程序，而且實際硬件電路上的交互器件操作同樣可以作用于虛擬電路，反之，操作虛擬電路上的交互器件也可對實際硬件電路起作用。由于ftOteus軟件含有大量的單片機器件模型，可提供豐富的仿真元器件資源， 并且其元器件、連接線路與實際的單片機硬件電路高度對應，本發明在基于ftx)teus軟件基礎上開發了單片機硬件仿真器，極大方便了學生在實驗實訓課程中對單片機硬件電路的調試和仿真，通過在Proteus軟件上設置斷點，添加觀察變量、設置單步或者全速的運行方式來對實際硬件電路進行硬件仿真，同樣，也方便了廣大嵌入式設計者的開發調試過程。以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可以做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
權利要求
1.一種單片機硬件仿真器，其特征在于包括一用于仿真控制的處理器，所述處理器的數據端口分別連接有一 USB接口電路和輸出仿真頭。
2.根據權利要求1所述的一種單片機硬件仿真器，其特征在于所述處理器為 STM32F103 控制器。
3.一種基于權利要求1或者2所述的單片機硬件仿真器的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟在PC機上運行ftOteus軟件對虛擬電路進行軟件仿真，在軟件仿真過程中選擇相應的仿真模型；所述仿真模型對虛擬電路中主控制器各管腳的數字電平信號與來自單片機硬件仿真器采集進來的信號進行邏輯處理，并統一打包成一數據包；通過USB接口將數據包發送給單片機硬件仿真器；單片機硬件仿真器接收來自所述仿真模型的數據包，驅動輸出仿真頭輸出信號；硬件電路響應來自輸出仿真頭的信號，完成硬件仿真。
4.根據權利要求3所述的仿真方法，其特征在于所述USB接口，用于仿真模型與硬件仿真器之間的數據傳輸。
5.根據權利要求3所述的仿真方法，其特征在于所述硬件電路為單片機試驗箱或者單片機開發板。
6.根據權利要求3至5任一項所述的仿真方法，其特征在于所述仿真模型與所述硬件電路的芯片接口模型對應。
7.根據權利要求6所述的仿真方法，其特征在于所述輸出仿真頭的管腳與虛擬電路中主控制器的管腳一一對應。
全文摘要
本發明公開了一種單片機硬件仿真器和仿真方法，該方法包括以下步驟在PC機上運行Proteus軟件對虛擬電路進行軟件仿真，在軟件仿真過程中選擇相應的仿真模型；所述仿真模型對虛擬電路中主控制器各管腳的數字電平信號與來自單片機硬件仿真器采集進來的信號進行邏輯處理，并統一打包成一數據包；通過USB接口將數據包發送給單片機硬件仿真器；單片機硬件仿真器接收來自所述仿真模型的數據包，驅動輸出仿真頭輸出信號；硬件電路響應來自輸出仿真頭的信號，完成硬件仿真。本仿真方法實現了虛擬電路與實際硬件電路的交互和同步，增強了實驗實訓設備的實驗效果，便于廣大學生的學習和開發者的嵌入式開發設計。
文檔編號G06F11/26GK102508752SQ201110368728
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者匡載華 申請人:廣州市風標電子技術有限公司