2019年12月04日 | PIC单片机源程序的模拟仿真设计

我们在编辑PIC单片机的C语言时，常常应用对源程序的模拟仿真技术，因为对程序的模拟仿真可代替部分单片机的硬件制作与调试，即使在深入学习PIC单片机C语言程序时，模拟仿真技术，也是不可缺少的。这里以程序实例演示其操作方法。

对源程序的模拟仿真可以完成下列功能：直接观察C程序从主程序main（）开始运行的全过程；为了清楚观察程序中各变量和寄存器的变化情况，可采用单步运行（stePINto）命令和单步越过（stepover）命令进行模拟运行调试，使观察变量更方便；设置断点再选择Run（快速）命令，程序运行到断点处会停下来，以便观察变量功能；此外，还能定量观察程序中的变化值，如直接观察程序的延时量等多种功能。当然在进行程序模拟仿真时，对源程序还有些技巧性的处理，以下将分别叙述。

1．PICC与PICC18的C编译简介

要用C语言开发PIC单片机和模拟仿真调试程序，必须有相应的编译器，PICC与PICC18的C编译器是优化的PIC单片机C编译器，它由澳大利亚HI-TECH公司研制的，该编译器是目前性能优异的PIC系列单片机C编译器软件，也完全符合美国ANSIC标准。PICC是用于PIC16系列产品：PICC18可用于PIC18系列产品；这两个编译器均可运行在微芯公司MPLABIDE集成开发的环境下工作。

由于该C编译器是运行在MP/ABIDE集成开发环境下的，所以要求用户熟悉MPLABIDE集成开发环境下的使用方法。

（1）PICC与PICC18编译器的主要特性。该编译器是在MPLAIDE集成开发环境下，对源代码程序的调试，可在源程序上设置断点，而当源程序运行到断点处会自动停止下来，、以便操作者观察变量值和修改变量值；在集成开发环境下进行程序的单步，连续运行操作，也便于操作者观察程序中的各个变量值；支持硬件仿真，即MPLABICE（ln-CircuitEmulator）、支持软件仿真，即MPLABSIM（Simulator）和一些在线调试器，如MPLABICD（ln-CircuitDebugger）ICD2调试器。此外，在单个项目中允许汇编语言和C语言的混含编程。

（2）PICC与PICC18编译器支持的变量类型。在编辑PIC单片机C程序时，定要按照PICC与PICC18的编译器所支持的变量类型书写程序的格式进行，这些格式如图附表所示。

以上所述的内容，均可在以下的程序实例中得到说明。有关MPLABIDE和PICC与PICC18的软件，均可在网站上下载获取，再安装在自己的电脑中，注意：电脑桌面应是XP系统的。

2．源程序的软件仿真调试前的准备

对PIC单片机的软件仿真调试时，应首先在MPLABIDE集成开发环境下（笔者用的是MPLABIDEv7.40版）编辑其源程序，并命名XX.C。

然后通过创建项目（project）再经PICC编译器（在MPLABIDE环境下）对程序编译，最后生成了目标码.hex后，才可对源程序进行仿真调试。

将上述在C编译成功的C程序PIC1.c直接调到MPLABIDE的桌面上（若笔者要引用PICl.e作模拟仿真调试，仍应在MPLABIDE环境下，经pice编译器对PICl.e编译生成.hex，才能进行仿真调试），如下图所示（部分界面），在图4的界面上标记有MPLABIDEV7.40和PICl.c的部分程序。

用鼠标点击界面上的Debugger（调试），在其下拉菜单SelectTool引导下的命令MPLABSIM（软件模拟调试），用鼠标点击之，生成上图的界面（部分），在其界面顶端有7个按钮（调试快捷图标），为了说明问题，单独取下，如下图所示。

按钮各命令的特性：

（1）Run：用鼠标点击Run按钮，可直接运行程序，直到遇到断点（以下将介绍）或单击Halt（停机）按钮为止。多数情况下不使用Run方式进行程序调试，因为这种运行方式很难观察到程序运行中的状态。只是在程序中设置有断点时，方可派上用场。

（2）Halt：用鼠标点击该Halt按钮，可使单片机处于停机状态。如其他各按钮一旦工作，程序运行，只需点击Halt按钮，程序即刻停止运行。

（3）Animate：用鼠标点击该按钮，可使仿真程序慢步运行，在运行时不停地刷新寄存器的值，利用watch窗口即可观察到寄存器的改变值（定量察看）。

（4）Step Into：用鼠标点击该按钮，仅执行一条代码指令，然后停机，再点击该按钮，又执行一条代码指令。

（5）Step over：用鼠标点击该按钮，可把调用的子程序全部执行完成，然后在下一条指令操作码处暂停。当被调用的程序是一个延时程序时，特别有用，这与单步执行完全等效。

（6）Step out：用鼠标点击该按钮时，就直接跳出程序。

（7）Reset：用鼠标点击该按钮，程序运行复位。

上述各个仿真按钮功能，在实际对程序仿真调试时，往往是配合使用而不是单一的使用．这将在以下仿真调试时清楚地看到。

3．源程序的软件仿真操作

（1）定性观察源程序PICl.e的运行过程：将已编译成功的PICl.e源程序图5放在电脑桌面上放大获得完整界面之后，用鼠标点击按钮Animate（慢速），然后快速又用鼠标点击图6的按钮Halt（停止），即可使程序快速运行到主函数处，停止运行，如下图所示。

从界面上可看到主程序main（）的下方左边，有一程序运行的黄色箭头并指向程序体中的赋值语句TRISB=0x00；代表C程序的运行总是从主程序开始的。接着用鼠标点击图6的按钮Step Into（单步），每点击_次程序运行的黄色箭头就顺序向下运行一次，直到首次运行到主调显示函数display（x）；你可不再点击而停下来，如下图所示。

程序首次运行到主调显示函数display（x）；的原因是在main（）函数体内的赋值语句x=0；此时若用鼠标再点击按钮Step Into（单步），则程序就转到被调函数处，将主调函数的实参0，经值传递到被调函数Voiddisplay（unsigned int x）的形参，然后由被调函数执行其显示的功能，此时数码管LED显示为00。其显示界面如下图所示。

若要使程序再运行，就要将鼠标不断点击按钮Step Into、直到运行到赋值语句urut_bit=X%l0；处，就不再点击为止，如下图所示。

要使程序再运行，换用按钮Step over（单步越过），此时程序即可顺序运行下去，如下图所示。

由于程序运行到while（d＞0）中，而D=97，若再用鼠标点击按钮Stepover，也很难跳出循环，为此要让程序跳出while（d＞0）循环，可用鼠标点击按钮Stepout（单步跳出），此时程序跳出循环到while（l）循环语句中的x++；处即黄色箭头所指位置（不是第一次的display（x）处，如下图所示。

此时程序执行X++的0+1=1，若再用鼠标点击按钮Step Into（单步），程序运行到下一步的if语句，即判断X达到100否（数码管LED显示最大为99），如下图所示。

若X++＜100，又用鼠标点击按钮Step Into（单步），则程序立刻返回到调用显示函数处display（x）；如下图所示。

此时仍然注意程序运行的黄色箭头指示。

上述的源程序软件仿真操作，均利用下图的各按钮进行的，实际操作时也可利用MPLAB IDE的Debugger（调试）下拉菜单，同样有下图按钮对应的命令从Run-Reset，只不过使用起来很不方便吧！

（2）定量观察源程序中变量值的变化：这里的定量观察是指两种定量：1）变量，如PICl.c中的数码管LED的个位，十位的变量显示的增薰值变化；2）程序运行时每条命令代码所清耗的时间或程序段的清耗时间。

其操作方法如下：在操作右图时，同时用鼠标点击MPLAB IDE中的Debugger，在其下拉菜单中，点击Setting，即可出现——Simulator SetTIng新界面，该界面用于用户对PIC单片机时钟频率的设置，将界面中的20（MHz）改为实际工作频率（笔者是4MHz），然后用鼠标点击确定，界面消失。再用鼠标点击Debugger，在其下拉菜单中，点击命令Stopwatch，即出现Stopwatch界面，将该界面放在MPLAB IDE的桌面上，又用鼠标点击MPLAB IDE中的View，在其下拉菜单中，点击LOCals命令，则又出现Locals的新界面。这样右图的界面中同时又出现了上面两种界面（包括程序菜单三种界面），如下图所示。

此时仍按右图的方法进行仿真操作，此时可在Stopwatch界面中观察到程序运行一次的时间值（用鼠标每次点Zero观察）或程序的累计值（不管Zero）；同时在Locals界面上观察数码管LED的个位或十位的累计值。

实际操作时，往往需对程序作技术处理，否则操作耗时太长。如将PICl.c中的d值从97改为3和将if（x==100）改为if（12），然后再进行编译生成目标码.hex后，再进行上述仿真调试，就很理想了。