摘 要 现如今，单片机技术已成为计算机发展和应用的一个重要方面，可以说单片机的开发应用从根本上改变了传统的控制系统设计思路和方法。本文就从单片机开发应用入手，以电子琴的开发为例，论述了仿真技术在单片机开发中的应用，采用AT89S51单片机软硬件协同仿真技术模拟电子琴，旨在突出单片机的广泛应用，进一步促进单片机技术的发展和应用。
关键词 单片机开发；仿真技术；应用；电子琴系统；软硬件协同仿真
中图分类号TP39文献标识码A文章编号 1674-6708（2011）56-0180-01
0 引言
目前，单片机正以高集成度、高可靠性，体积小、控制功能强，低电压、低功耗，便于生产便携式产品、性价比高等优点广泛应用于人们生活的各个领域。现如今，单片机的开发应用越来越受到重视。在单片机的开发应用中最突出的就是仿真技术，在开发过程中使用软硬件协同仿真技术，模拟整个系统，能够达到降低设计风险，节省开发时间和费用的目的。
1 单片机仿真技术综述
单片机是采用超大规模集成电路技术把中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时器等功能集成到一块硅片上而构成的功能完善的高集成计算机系统。现如今它的开发应用已引起人们的高度关注和重视。虽然单片机技术的发展极大地推动了电子、计算机、通信等行业的飞速发展，成为当前科研和教学中的热门技术。但是在单片机开发过程中，由于原理设计完成后需要反复调制电路，往往会增加单片机的开发成本，成为推广单片机研发的最大障碍。
近年来，计算机仿真技术已取得了突飞猛进的发展，这在一定程度上，也促成了单片机仿真技术。计算机仿真技术是一个多学科综合技术，基于计算机的工具，通过建立模型来模拟，数据处理分析，核查程序，使用真实的测试环境系统的动态仿真模型。它具有高效、安全、受环境约束较少的特点。而软硬件的协同仿真计算机仿真技术作为一个非常独特的应用程序的分支，近年来得到迅速发展。它主要是在最终硬件没有准备好之前就进行软件和硬件的协同验证。可以通过软件和硬件的协同仿真技术的使用对虚拟模型进行早期调试，并提供了一个虚拟平台软件调试，从而对整个系统包括硬件在内，进行功能验证，为准备硬件平台大大节省了时间。
可以说，软硬件协同仿真技术的出现为单片机开发应用提供了一个很好的发展平台，具有十分重要的推广价值。
2 仿真技术在单片机开发中的应用分析
目前，软件和硬件协同仿真技术对于低级别的模拟研究还比较完善，一般的模式是软件调试环境、微处理器模型和硬件协同仿真RTL描述。在正常情况下，软件环境和硬件环境有其自身的控制接口，通过一个总线周期由处理器和硬件交互发起的系列软件。笔者在这里以电子琴的开发为例，介绍了软硬件协同仿真技术在电子琴系统中的应用。主要是采用伟福单片机仿真器模拟电子琴，以实现单片机软硬件同步仿真。
2.1 系统总体设计
在电子琴系统中，仿真板作为硬件仿真和调试界面，单片机仿真软件负责系统执行、单步执行、监控断点、内存和寄存器数据返回给硬件仿真板时产生和捕获、内部功能模块的运行等功能。电子琴系统的设计应包括AT89S51单片机、矩阵键盘、音频模块和显示模块。其主要目的是在该系统的硬件和软件设计的前期验证其正确性和性能效率。
2.2 AT89S51单片机设计
AT89S51单片机，其中有40个引脚，4K字节闪存芯片上的程序存储器，128字节的随机存取数据存储器，32个外部双向口，五个中断优先级嵌套中断，两个16位可编程定时计数器，两个全双工串行通信端口，WDT电路，片上时钟振荡器，低功耗、高性能的8位芯片。芯片兼容标准MCS- 51指令集和80C51引脚结构，使用高密度，非易失性内存技术，可为许多嵌入式控制应用提供具有成本效益的解决方案。
2.3 矩阵式键盘结构设计
由于电子琴系统的按键数量较多，所以在本系统中将按键排列成矩阵形式。与直接连接式键盘结构相比，虽然矩阵式键盘结构要复杂些，识别方式也要复杂些，但它却可以提高端口利用率。每个键的行和列，行线和列线通过电阻器的功率连接，每个键的状态将成为数字“0”和“1”。输出端行线，没有按下按钮时，产量高，意味着没有键按下列线输入连接到芯片，一旦按下一个键，在输入端电压低，这种阅读状态输入线可以告诉一个键是否被按下，能够大大提高系统的性能。
2.4 音频模块及显示模块设计
AT89S51的定时器使用音频脉冲，每个反向输出脉冲的时间，到时候再反向，因此产生了各种不同频率的脉冲信号后，蜂鸣器发挥出来，我们可以形成一个优美的音乐，因而就形成了电子琴系统的音频模块。另外，将AT89S51单片机的P2端口的P2.0～P2.7连接到一共阴数码管a－h的引脚上，可以实现电子琴系统的显示模块，能够在数码管上循环显示数字0～9。
总之，单片机仿真技术由于考虑到软件的实际情况，模拟运行验证可以更真实的应用环境，系统设计更容易早期发现问题，避免设计错误，克服芯片的开发成本高的缺点。模拟整个系统的软件，可以降低设计风险，同时节省了开发时间和开发成本，在运行过程中，硬件连接和硬件仿真器是同出一辙。
3 结论
综上所述，软硬件协同仿真技术的使用，微控制器硬件将能够不仅不需要模拟的全部功能，而且还能提高一个成功的系统设计信心。也就是说，软硬件协同仿真技术可以方便系统设计调整，可以在设计前期评估性能，方便软硬件的检测。可以说它在单片机开发中表现出来的卓越的仿真能力使其成为当前最好的仿真工具之一，由此可见在单片机开发中仿真技术是一个十分值得推广的技术。可以预言，随着科学技术的不断发展和计算机仿真技术的日益完善，单片机仿真技术定将得到更加广泛的应用，最终实现单片机开发应用的最大效益。
参考文献
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