基于Multisim10的单片机动态显示仿真技术

摘　要：本文阐述了在单片机动态显示的原理方法，以8051为中心给出了其硬件电路的构成，并着重阐述了在Multisim10中进行单片机动态显示仿真设计的具体方法。 　　

关键词：Multisim10；单片机；8051；仿真；编译

　　Multisim10是 美国国家仪器公司（NI，National Instruments）推出的计算机电子仿真软件。Multisim10实现计算机仿真时设计和实验用的元器件和测试仪器和仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可以方便地对电路参数进行测试和分析；设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需的元器件和数和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
　　Multisim10版本可用于单片机和可编程逻辑器件的仿真分析，为单片机系统的仿真设计提供了较好的解决方案。multisim10提供了805x、PIC、RAM和ROM等4个系列的单片机芯片和可编程逻辑器件，使得该软件的实际应用得到了大大的增强。本文使用Multisim10为辅助设计工具，做以单片机8051为中心的单片机动态显示电路的仿真设计。
　　1.设计要求和分析
　　显示单元是单片机常见的控制功能，凡是遇到显示输出时都会用到显示单元，如数字管的显示，点阵的显示等。为了提高单片机输入输出端口的效率，一般显示单元都使用动态显示技术。所谓动态显示方式，就是一位一位地轮流点亮各个数码管（动态扫描方式）。对于每一位数码管来说，每隔一定时间点亮一次，当扫描的时间间隔足够小时，利用人的视觉暂留特性，观察者就不会感到数码管的闪烁，看到的现象是所有的数码管一起发光，就如同看电影的道理一样。
　　如果要做4个数码显示管的动态显示时，其实现方法是将所有的数码管的a......g连接在一起，接在单片机的某个输出端口上，各个数码管的公共端作为片选信号接在单片机的另一个输出端口上，这样做可以大大地节省了硬件资源。
　　2.硬件电路的设计

　　单片机模块8051的工作电源电压为5V； Multisim10中的8051模块内部已经具备了12MHz，所以仿真外围电路可以省略晶振；故其最小系统需要加一只电容和一只电阻，实现单片机的上电复位功能。
　　如图1所示是根据这一思路做的4位共阳数码管动态显示的电路原理图。图中四个数码管的a......g共同连接到了8051的P0.7-P0.1，4个数码显示管的公共端分别接到P1.0－P1.3，电阻器R1和电容器C1构成了简单的上电复位电路。
    在动态扫描显示方式中，数码管的亮度同 LED点亮导通时的电流大小，每一位点亮的时间和扫描间隔时间三个因素有关。
　　im10中绘制仿真电路原理图
　　3.1放置单片机模块8051
　　（1）单击"元件"工具栏上的"Place  MCU"按钮，在弹出的"选择元件"对话框的"系列"栏中选择"805x"，在"元件"栏中选择"8051"。
　　（2）鼠标处出现一个"8051"，在绘图区单击鼠标，便放置了一个"8051"，同时打开MCU向导对话框。在其中输入工作区的路径和名称，单击"下一步"。
　　（3）弹出MCU向导第二步，在"Progranning language"栏中选择编程语言，可以选择汇编或C语言。若选择C语言时，"Assembler/conplier tool"栏中会出现"Hi-Tech C51-Lite complier"；若选择了汇编语言（Assenbly）时，"Assembler/conplier tool"栏中会出现"8051/8052 Metalink assenbler"。在"项目名称"栏中输入项目名称，单击"下一步"按钮。
　　（4） 弹出MCU向导第三步，可以选择Creat empty project（建立空项目）或Add Source file（添加源文件），当选择了Add Source file时，可在其下面的文本框中输入源文件名，默认为""。点击"完成"按钮结束放置。
　　3.2放置其他元件，这里略去。
　　3.3连线，完成原理图的绘制。
　　4.编写MCU源程序
　　4.1如图2所示，打开设计工具箱，展开8051及其项目，双击"",打开汇编源程序窗口，窗口中出现以下代码，在第一行和最后一行插入源程序。
　　　

　4.2输入源程序
　　$MOD51 ; This includes 8051 definitions for the metalink assembler
　　START:
　　MOV P1, #0FFH    ;关闭所有的LED
　　MOV P0, #9FH     ;送"1"的字形码
　　MOV P1, #0FEH    ;打开第1个LED
　　ACALL  DELAY     ;延时
　　MOV P1, #0FFH    ;关闭所有的LED，否则显示混乱
　　MOV P0, #27H     ;送"2"的字形码
　　MOV P1, #0FDH    ;打开第2个LED
　　ACALL  DELAY    
　　MOV P1, #0FFH   
　　MOV P0, #0DH     ;送"3"的字形码
　　MOV P1, #0FBH    ;打开第3个LED
　　ACALL  DELAY    
　　MOV P1, #0FFH   
　　MOV P0, #99H     ;送"4"的字形码
　　MOV P1, #0F7H    ;打开第4个LED
　　ACALL  DELAY    
　　AJMP START
　　DELAY:MOV R6,#2   ;延时1ms
　　TEMP:MOV R5,#0FFH
　　DJNZ R5,$
　　DJNZ R6,TEMP
　　RET
　　END
　　5.编译与仿真
　　单击仿真按钮，若程序还未经编译则会弹出编译提示消息框，点击"是"进行编程的编译。若程序正确，编译通过，则在电路中显示仿真结果；若未通过，则要修改程序，直至编译通过。编译后会形成一系列的目标文件。
   在multisim10中可直接对汇编程序或C语言程序进行编译，不需要其他编译软件，使得仿真操作变得简单，这一点是它优于其他单片机仿真软件的地方。如Protues也是目前比较流行的单片机仿真软件，其优点是单片机芯片类型多，结果直观，但它只能执行已编译好的二进制和十六进制的目标文件，需要其他的程序编译软件进行编译。但multisim10提供的单片机芯片种类少，也限制了它的应用。相信比multisim10高的版本会提供更多的单片机芯片种类，使之也能成为单片机仿真的利器。

参考文献：
[1]覃奈新主编，单片机应用技术，电子工业出版社，2008
[2]李良荣主编，现代电子设计技术，机械工业出版社，2005