NI Multisim下如何進行SPICE模型和8051 MCU的協同仿真

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，詳細的宏命令等可以參考其用戶手冊。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”，主要對應電路圖中單片機的符號名稱，Build的結果會輸出到Spreadsheet View中。

運行程序并用示波器觀察復位過程
　匯編程序編譯通過后，就可以回到電路圖窗口，點擊工具欄的運行按鈕，這時在七段數碼管上就應該循環顯示0到9，如果顯示過快或過慢，可以調整源程序中的COUNT_NUM，改變延時時間，或雙擊U1，在805x對話框的Value標簽里設置“時鐘速度”（Clock Speed）。
電路中為SPICE模型的C1和R1的作用是延長復位引腳保持高電平的時間，避免因復位電壓持續時間過短而引起復位失敗。雙擊示波器XSC1，按示波器面板上的POWER鍵，打開示波器，點擊工具欄的運行按鈕，這時調整示波器的電壓和時間刻度，得到圖7所示的復位引腳電壓的變化，每個刻度是100μs，高電平持續了大概一個刻度，可見在加電時，單片機沒有立刻運行，有一段延遲，延遲的時間應該足以使其內部電壓和振蕩都處于穩態。按下復位鍵S1時的波形如圖8所示，這時每個刻度是50μs，波形平頂的部分是按鍵按下的時間，大概20μs，之后電壓逐漸降低，當降到約3V時，7段數碼管開始計數，說明單片機開始工作，由圖8可知復位時間被延長到大概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，因而延長了復位引腳保持高電平的時間。實際器件對復位持續時間的要求一般在兩個機器周期，所以100微秒的復位時間要求51單片機的晶振頻率不低于0.24MHz。當然一般情況下是根據晶振頻率確定C1和R1的值，這可以根據求解一階微分方程得到其充放電時間，或參考單片機的用戶手冊。

調試程序
選擇菜單MCU→MCU 8051 U1→Debug View，可以看到文本區上面有下拉菜單并有兩種選擇，對應反匯編（disassembly）和列表匯編（listing assembly），簡單的說，前者是由ROM的內容得到，后者是源文件編譯后的結果。雙擊“設計工具箱”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“設置/清除斷點”（Toggle Breakpoint）,在左側會出現一個實心圓，點擊“運行”，程序將停在該行，只不過是在“調試視圖”（Debug View）的列表匯編窗口下，同時在實心圓上多出了一個黃色箭頭。點擊MCU-> MCU 8051 U1->Memory View，打開MCU存儲器視圖，在該視圖可以查看特殊函數寄存器（SFR），內部RAM(IRAM)，內部ROM（IROM），外部RAM（XRAM）。在SFR表格內觀察ACC的值，此時應該為“00”，在IRAM里觀察地址為21H的值，因為“MOV SP,#20H”語句將21H作為堆棧的第一個存儲字節的地址，斷點的前一處語句“PUSH ACC”使該字節存儲ACC的值，此時也為“00”。再點“運行”，程序第二次停在斷點處，觀察SFR中的ACC和IRAM中的21H，如圖9所示應，兩個單元格里的值都應為“01”，你還可以雙擊該單元格進行修改，該值也正是七段數碼管即將顯示的下一個數。點擊MCU菜單，可以看到除了設置斷點以外還可單步進入（Step into），遇到函數時進入函數內部；跳過（Step over），即不進入函數；跳出（Step out），即跳出函數到調用函數的下一條語句。　　　　

圖9 MCU存儲器視圖

結束語
　本文以一個簡單的電路介紹了在NI Multisim下如何進行SPICE模型（這里主要指C1和R1）和8051 MCU的協同仿真。NI Multisim10不但有多種編譯和調試功能，還提供了RAM，ROM，鍵盤，液晶屏等外設，是初學單片機的理想工具。掌握了基本的硬件結構，匯編指令和調試方法后，讀者可以利用Multisim開發更復雜的系統并仿真，為下一步設計實際的硬件電路做準備。
說明：因為單片機的電流是有限制的，不能太大，否則會燒毀單片機的。所以應在數碼管的CA端和VCC端之間接一個限流電阻（100歐姆）；或者在單片機與數碼管之間接入一個排阻（7個）也可以，這樣仿真時就不會燒毀單片機了。