單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件設計

摘要：主要討論以微型計算機為操作平臺、基于Widnows操作系統的單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件的設計。實(shí)現對單片機教學(xué)實(shí)驗的全軟件仿真。針對自主研發(fā)的單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件的特點(diǎn)和實(shí)際實(shí)驗教學(xué)過(guò)程面臨的問(wèn)題，詳細闡述軟件的系統需求分析、建模及各子系統的詳細設計過(guò)程。在此重點(diǎn)論述了仿真編譯、仿真運行和仿真電路子系統的設計思路、相關(guān)算法的設計及程序設計與實(shí)現。
關(guān)鍵詞：仿真軟件；虛擬實(shí)驗；實(shí)驗教學(xué)；仿真編譯

0 引言
目前，各高校順應發(fā)展設置的單片機課程是機電、自動(dòng)化等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程，是一門(mén)多基礎、多理論的實(shí)踐性課程。在高職單片機教學(xué)過(guò)程中理論教學(xué)的發(fā)展已經(jīng)較為完善，而實(shí)驗教學(xué)由于受到經(jīng)費的限制，提供的實(shí)驗設備有限，不能滿(mǎn)足學(xué)生的要求。
鑒于以上情況，開(kāi)發(fā)單片機教學(xué)實(shí)驗的全軟件仿真?？梢詼p少實(shí)驗經(jīng)費的開(kāi)銷(xiāo)，又便于增添實(shí)驗內容，同時(shí)也可借用投影儀更加清晰地為學(xué)生做演示實(shí)驗，非常有利于學(xué)生加深對所學(xué)理論知識的感性認識、掌握基本實(shí)驗知識、方法、技能。對于有危險性的實(shí)驗，虛擬實(shí)驗平臺更具有優(yōu)勢。

1 單片機實(shí)驗教學(xué)軟件的系統組成
由于單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件系統較為復雜固將其設計為如干個(gè)子系統，對每個(gè)子系統建模和設計，最后將它們連接起來(lái)構成整個(gè)系統模型。圖1說(shuō)明了系統的組成和各子系統關(guān)系。

考慮到單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件的具體情況，同時(shí)使用結構化程序設計與面向對象設計2種方法，對于單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件系統的功能模塊采用結構化方法來(lái)設計。
采用面向對象的方法設計軟件中的用戶(hù)界面、各個(gè)窗口、菜單、仿真元件等，最后，將各個(gè)子系統結合在一起，就構成了單片機實(shí)驗教學(xué)仿真軟件。
下面對主要功能模塊進(jìn)行論述。

2 仿真編譯子系統的設計
實(shí)際的編譯是利用編譯程序從源程序產(chǎn)生目標程序的過(guò)程。該過(guò)程分為5個(gè)階段：詞法分析，語(yǔ)法分析，語(yǔ)義檢查，中間代碼生成，代碼優(yōu)化，目標代碼生成。主要是進(jìn)行詞法分析和語(yǔ)法分析，又稱(chēng)為源程序分析?？紤]本軟件的實(shí)際情況，仿真編譯子系統只進(jìn)行詞法分析和語(yǔ)法分析，發(fā)現有語(yǔ)法錯誤，給出提示信息，仿真編譯成功后將仿真編譯結果保存。
(1)詞法分析模塊調用源程序編輯子系統產(chǎn)生的用戶(hù)源程序文件，逐行對文件中用戶(hù)輸入的源程序按照單片機指令系統規定的符號，如：(“Rn”、“#”、“／”、“@”、“$”、“：”及7種不同尋址方式表示的數據或地址、指令轉移的偏移量、工作寄存器和特殊功能寄存器的表示符號、44個(gè)指令助記符、7個(gè)偽指令、用戶(hù)定義的標號和符號常量、回車(chē)符)。進(jìn)行詞法分析，判斷用戶(hù)源程序中使用的基本符號是否正確，如果不是合法的符號則將錯誤所在的位置及錯誤的類(lèi)型反饋給用戶(hù)，終止仿真編譯等待用戶(hù)修改后再一次運行仿真編譯；如果是合法的符號則將每個(gè)符號以及符號的類(lèi)型保存在string類(lèi)型數組cifa[]和int類(lèi)型數組type[]中供語(yǔ)法分析程序模塊使用。
(2)語(yǔ)法分析模塊首先定義了51系列單片機所有指令和偽指令的檢查函數。然后在詞法分析的基礎上，從數組cifa[]和數組type[]中取出用戶(hù)輸入的字符根據單片機指令的語(yǔ)法格式，字符的前后關(guān)系逐一進(jìn)行處理，并調用指令和偽指令的檢查函數判斷：用戶(hù)輸入的源程序是否符合語(yǔ)法規則；標號和符號常量的定義與使用是否正確；偽指令的使用是否正確；程序是否以END結束等。如果存在錯誤則將錯誤所在的位置及錯誤的類(lèi)型反饋給用戶(hù)，終止仿真編譯等待用戶(hù)修改后再一次進(jìn)行仿真編譯；如果是正確的指令則將指令進(jìn)行處理(對指令地址、指令I(lǐng)D、指令字節數、指令周期、操作數類(lèi)型、操作數的值等進(jìn)行處理)后存入預先定義的全局數組對象command中。仿真運行時(shí)由仿真運行子系統調用。