專利名稱：便攜式單cpu仿真器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單片微機(jī)仿超真器單片機(jī)仿真器是一種軟件開(kāi)發(fā)工具，已有技術(shù)的單片機(jī)仿真器，需借助PC微機(jī)才能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言及高級(jí)語(yǔ)言(PL/M、C語(yǔ)言)調(diào)試程序，還需使用昂貴的PC機(jī)軟件。在脫離PC機(jī)后，只能輸入和查看16進(jìn)制的機(jī)器碼，而且程序的匯編和反匯編工作需要由人工查指令表完成；這些導(dǎo)致了低檔仿真器操作復(fù)雜繁瑣，而高檔仿真器對(duì)設(shè)備的依賴性大，成本高，尤其是對(duì)廣大的青少年的計(jì)算機(jī)愛(ài)好者難以普及。
本發(fā)明的目的在于提供一種完全擺脫對(duì)PC機(jī)的依賴，配置一些簡(jiǎn)單的外設(shè)，以單片機(jī)匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)宏匯編和高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試單片機(jī)程序的技術(shù)，填補(bǔ)了中檔仿真器的空白。
本發(fā)明由硬件和軟件兩部分組成硬件由基本系統(tǒng)及擴(kuò)展系統(tǒng)組成，基本系統(tǒng)由系統(tǒng)板、顯示器及鍵盤組成，系統(tǒng)板由單片微控制器(CPU)、程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、仿真存貯器及串/并行擴(kuò)展接口組成，擴(kuò)展系統(tǒng)有EPROM編程器，其特征是基本系統(tǒng)中1、系統(tǒng)板上還有仿真信號(hào)控制電路、硬件控制電路及掉電保護(hù)電路；2、鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的ASCII鍵盤；3、顯示器是LED圖形或字符型液晶顯示器。
擴(kuò)展系統(tǒng)中1、通過(guò)I/O口接有微型打印機(jī)；2、通過(guò)I/O口還接有語(yǔ)音系統(tǒng)；3、通過(guò)RS-232接口可接有高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試終端或圖形庫(kù)終端。
軟件由監(jiān)控程序控制調(diào)用各有關(guān)子程序，如機(jī)器碼輸入輸出程序、機(jī)器碼顯示程序、全速運(yùn)行程序、斷點(diǎn)運(yùn)行程序、單步運(yùn)行程序、EPROM固化程序和串行通訊程序，其特征是還有匯編程序、反匯編程序、宏匯編程序、圖形符號(hào)輸入程序及語(yǔ)音程序。
微控制器的數(shù)據(jù)/地址總線分別與存貯器、控制電路、并行擴(kuò)展接口和顯示器相接，其控制信號(hào)與硬件控制電路相接，分別再控制其它電路，其P0、P1、P2及P3均與仿真接口相接，作為仿真信號(hào)。本發(fā)明的微控制器既完成程序的輸入輸出和調(diào)試工作，又實(shí)現(xiàn)單片機(jī)仿真功能，實(shí)現(xiàn)了單一CPU型的仿真器。
程序存貯器為一EPROM，固化有整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出。
仿真存貯器為靜態(tài)存貯器，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀寫信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出，內(nèi)裝有用戶輸入的仿真程序。
數(shù)據(jù)存貯器為靜態(tài)存貯器，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀寫信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出，內(nèi)裝有用戶輸入的源程序，圖形符號(hào)代碼及微控制器的狀態(tài)信息。
硬件控制電路和仿真信號(hào)控制電路將微控制器發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)緩沖器緩沖后送到硬件控制電路，再分別控制仿真信號(hào)控制電路和其它電路。為使單一微控制器既能完成程序開(kāi)發(fā)，又能仿真出讓，需實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明是采用“數(shù)據(jù)地址信號(hào)轉(zhuǎn)讓法”，硬件控制電路是一組或門和觸發(fā)器組成，當(dāng)數(shù)據(jù)線和地址線上均為“1”時(shí)，觸發(fā)器被觸發(fā)，并發(fā)出切換信號(hào)以控制信號(hào)轉(zhuǎn)換(或通向本系統(tǒng)板或通向仿真接口)，當(dāng)仿真器復(fù)位時(shí)，觸發(fā)器為初始狀態(tài)(監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài))。
掉電保護(hù)電路作為仿真存貯器和數(shù)據(jù)存貯器的掉電保護(hù)之用。
程序的匯編語(yǔ)言輸入和輸出使用者可通過(guò)本發(fā)明連接的標(biāo)準(zhǔn)ACSII鍵盤輸入?yún)R編語(yǔ)言、指令，仿真器對(duì)當(dāng)前的語(yǔ)言進(jìn)行匯編(無(wú)需事先進(jìn)行人工匯編)并存入指定的地址中，整個(gè)用戶界面模擬PC機(jī)的DEBUG系統(tǒng)，可不占用大量的內(nèi)存存貯匯編語(yǔ)言(不具有“帶符號(hào)的地址跳轉(zhuǎn)”、“偽指令”及“模塊鍵接”等宏匯編功能)仿真器在反匯編程序時(shí)，通過(guò)液晶顯示器輸出匯編語(yǔ)句，還可由微型打印機(jī)打出。
程序的宏匯編語(yǔ)言及圖形符號(hào)輸入使用者在匯編語(yǔ)言輸入的基礎(chǔ)上，使用“帶符號(hào)的地址跳轉(zhuǎn)”、“偽指令”及“模塊鍵接”等宏匯編功能，本發(fā)明的仿真器將輸入的匯編語(yǔ)句進(jìn)行壓縮(省略過(guò)多的空格符)并存入數(shù)據(jù)存貯器，待輸入完畢后進(jìn)行宏匯編(無(wú)需對(duì)偏移地址進(jìn)行計(jì)算)以便于在程序的輸入過(guò)程隨時(shí)進(jìn)行修改。圖形符號(hào)輸入程序是在宏匯編的基礎(chǔ)上，添加“圖形符號(hào)匯編語(yǔ)言”程序，圖形符號(hào)所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句、子程序，均事先固化在EPROM中并制出圖形符號(hào)表相對(duì)照，用戶按圖形符號(hào)輸入表中所指定的地址讀出并存貯在數(shù)據(jù)存貯器中，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)其編譯時(shí)，是調(diào)用宏匯編對(duì)有關(guān)的語(yǔ)句、子程序進(jìn)行宏匯編生成機(jī)器碼，其中所有的圖形符號(hào)均存放于圖形庫(kù)終端中。
程序的語(yǔ)音讀出及語(yǔ)音提示當(dāng)對(duì)程序進(jìn)行反匯編后，可通過(guò)附加的語(yǔ)音系統(tǒng)將其逐條讀出，使用者可不必看顯示器便知道存貯器中的程序，適于特殊環(huán)境下使用。對(duì)本發(fā)明的仿真器進(jìn)行操作時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤亦可通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)讀出并改正之。
程序的高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試由于單CPU(監(jiān)控、仿真共用CPU)本身功能的限制，為能完成如“C、PL/M”等高級(jí)語(yǔ)言的交義匯編調(diào)試，可在本發(fā)明仿真器的串行通訊接口附加一高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試終端(自帶CPU)即可。
本發(fā)明的硬件擴(kuò)展了外設(shè)，內(nèi)部增加了硬件控制電路，仿真信號(hào)控制電路和掉電保護(hù)電路。軟件增加了宏匯編程序、圖形符號(hào)輸入程序和語(yǔ)音讀出程序，使其在無(wú)PC機(jī)的情況下完成需PC機(jī)支持的許多功能。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是1.可以脫離PC機(jī)獨(dú)立工作；2.可直接用宏匯編編程、調(diào)試程序，當(dāng)配有高級(jí)語(yǔ)言或圖形庫(kù)終端時(shí)，可進(jìn)行圖形符號(hào)和高級(jí)語(yǔ)言的編程和調(diào)試；3.具有語(yǔ)音提示及語(yǔ)音程序助讀和錯(cuò)誤語(yǔ)音告警功能；4.功能齊全，成本低，利于推廣，特別適用于教學(xué)；5.體積小，攜帶方便。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框2為本發(fā)明的硬件電原理3為本發(fā)明的監(jiān)控程序主流程4為本發(fā)明宏匯編程序流程圖之一圖5為本發(fā)明宏匯編程序流程圖之二圖6為本發(fā)明匯編程序流程7為本發(fā)明及匯編程序流程8為本發(fā)明語(yǔ)音讀出程序流程9為本發(fā)明圖形符號(hào)輸入程序流程圖之一圖10為本發(fā)明圖形語(yǔ)言輸入程序流程圖之二實(shí)施例本發(fā)明的系統(tǒng)框圖如圖1，由系統(tǒng)板(虛線內(nèi))1、液晶顯示器2、鍵盤3、組成基本系統(tǒng)，并配以擴(kuò)展系統(tǒng)(由EPROM編程器4、微型打印機(jī)5、語(yǔ)音系統(tǒng)8及通過(guò)串行通訊接口7接有圖形庫(kù)/高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試終端)。本發(fā)明的硬件電原理圖如圖2。微控制器的數(shù)據(jù)/地址總線分別與存貯器、控制電路、并行擴(kuò)展接口和顯示器相接，其控制信號(hào)與硬件控制電路相接，分別再控制其它電路，其p0、p1、P2及p3均與仿真接口相接，作為仿真信號(hào)。
程序存貯器為一EPROM，固化有整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出。
仿真存貯器為靜態(tài)存貯器，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀寫信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出，內(nèi)裝有用戶輸入的仿真程序。
數(shù)據(jù)存貯器為靜態(tài)存貯器，其數(shù)據(jù)/地址線與微控制器相接，片選、讀寫信號(hào)由硬件控制電路發(fā)出，內(nèi)裝有用戶輸入的源程序、圖形符號(hào)代碼及微控制器的狀態(tài)信息。
硬件控制電路是一組或門和觸發(fā)器組成，當(dāng)數(shù)據(jù)線和地址線上均為“1”時(shí)，觸發(fā)器被觸發(fā)，并發(fā)出切換信號(hào)以控制信號(hào)轉(zhuǎn)換(或通向本系統(tǒng)板或通向仿真接口)，當(dāng)仿真器復(fù)位時(shí)，觸發(fā)器為初始狀態(tài)(監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài))。
本發(fā)明的軟件由監(jiān)控程序作為主系統(tǒng)進(jìn)行管理，所有的其它軟件的運(yùn)行均由監(jiān)控程序調(diào)用。本發(fā)明除具有常用的仿真器全部運(yùn)行程序外，還增有宏匯編程序、匯編程序、反匯編程序、圖形符號(hào)輸入程序及語(yǔ)音讀出程序。
本發(fā)明匯編程序的流程圖如圖6，其部分源程序如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[INITIALIZE ；初始化 MOV DPTR，#CODE_TABLE ；將機(jī)器碼指令表的首地址置于DPTR中 MOV R0，#BUFFER；將鍵盤/顯示緩沖區(qū)首地址置于R0中， MOV R1，#00H ；清各寄存器，Rn中值變?yōu)榱? MOV R2，#00H ； MOV R3，#00H ； MOV R4，#00H ；MOV R7，#00H ；內(nèi)裝有匯編的機(jī)器碼(同時(shí)是指令表的指針) MOV 0CH，#00H ；清內(nèi)存，00～0F中分別寄存放語(yǔ)句匯編后的 . 機(jī)器碼入該語(yǔ)句的長(zhǎng)度 . NOV 0FH，#00H ； CLR A ；清累加器START ；開(kāi)始 CJNE @R0，#CDH，REL1；看一下第n個(gè)字符是否是回車，即“沒(méi)有輸入”　　 MOV A，#01H ；至“無(wú)輸入”標(biāo)志01于A中并返回　　 RETREL1MOV B，@R0 ；將第n個(gè)字符先放于B中保存　　 CLR A ；將機(jī)器碼中的值讀入到A中　　 MOVC A，@A＋DPTR　　 CJNE A，B，NEXT_CODE；比較一下是否相同，若不同則轉(zhuǎn)到NEXT_CODE　　 CJNE A，#0DH，REL2 ；是否是回車，即無(wú)操作數(shù)的匯編指令　　 MOV 0FH，R7 ；妝前的R7值就是機(jī)器碼，R7值同時(shí)是指令表的 　　CLR A；(成功匯編標(biāo)志)指針。將其裝入0F中返回A置零表示匯編成功　　 RETREL2CJNE A，#20H，REL3 ；是否是空格符，即有無(wú)操作數(shù)因?yàn)椴僮鲾?shù)與主　　 INC R0， 機(jī)器碼間有空格符分開(kāi)　　 SJMP OPERATION_CODE；轉(zhuǎn)到操作數(shù)求值程序REL3 INC R0， ；　　 INC DPTR ；各指針加一，繼續(xù)比較不一個(gè)字符　　 SJMP REL1NEXT_CODE；當(dāng)前比較的指令不同，換下一個(gè)指令繼續(xù)　　 CJNE R7，4#0FFH，REL4 ；R7的值到了FF否？即所有的指令部比較了　　 MOV A，#03H；否？若是，置A值為03，返回　　 RETREL4 INC R7 ；R7值加一，即指向指令表中下一指令?！　? MOV A，R7 ；由R7值算出指令表中下一指令的地址并放入　　 ANL A，#11110000BDPTR中　　 SWAP A，　　　ADD A，#TABLE_H 　　 MOV DPH，A；高八值地址裝入DPTR的高八位上　　 MOV A，R7　　 ANL A，#00001111B ；低八位地址裝入DPTR的低八位上　　 SWAP A，　　 MOV DPL，A， 　　 MOV R0，#BUFFER；重新置鍵盤/顯示緩沖區(qū)首地址　　 LJMP REL1 ；再進(jìn)行比較　　 . 　　 .　　 .OPERATION_CODE 比較操作數(shù)，并求值INITIALIZE 初始化　　　.　　 .(略)　　 .]]></pre>
反匯編程序的流程圖如圖7，其部分源程序如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[...VN_ASM ；反匯編　　 MOV A，R7 ；R7中為機(jī)器碼，將其值放于A中　　 ANL A，#11110000B ；計(jì)算出指令表的地址并放于DPTR中　　 SWAP A，　　 ADD A，#TABLE_H　　 MOV DPH，A　　 MOV A，R7　　 ANL A，#00001111B　　 SWAP A　　 MOV DPL，ALOOP CLR A ；讀指令表反匯編　　 MOVO A，@A＋DPTR　　 CJNE A，#00H，V_1 ；有無(wú)操作數(shù)，　　 PUSH DPH ；有，將原來(lái)用戶程序的地址取出，將　　 PUSH DPL跟在機(jī)器碼后的操作數(shù)讀出反匯編　　 MOV DPH，7DH　　 MOV DPL，7EH　　 MOVX A，@DPTR　　 INC DPTR　　 MOV 7DH，DPH　　 MOV 7EH，DPL　　 INC R0　　 LCALL HEX_ASC ；將操作數(shù)轉(zhuǎn)為ASCII形式，并放入 　　 POP DPL 顯示/鍵盤緩沖區(qū)準(zhǔn)備顯示　　 POP DPH 　INC R0 　INC DPTR　　 SJMP LOVP ；繼續(xù)反匯編V_1CJNE A，#0DH，V_2 ；結(jié)束否？　　 CLR A ；結(jié)束了，置A值為零，成功標(biāo)志　　 RETV_2 MOV@R0，A ；將反匯編出的語(yǔ)句放入顯示/鍵盤　　 INC R0 緩沖區(qū)準(zhǔn)備顯示　　 INC DPTR　　 SJMP LOOP ；繼續(xù)反匯編　　 .　　 . (略)　　 .]]></pre>
宏匯編程序的流程圖如圖4及5，其部分源程序如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ .　　 . 　　 .　　 CJNE@R0，#3AH，GO-ON ；是否是“”符，ASCII碼為3A0　　 POP R0 因?yàn)闃?biāo)號(hào)后必須跟“”符以示與　　 LJMP SIGN程序指令的區(qū)別，若是則轉(zhuǎn)到SIGNGO-ON .　　 . 　　 .SIGN ；處理標(biāo)號(hào)的程序　　 MOV DPTR，#TABLE-SIGN ；將標(biāo)號(hào)表的首地址放于DPTR中　　 MOV R7，#00H；清R7，R7中為標(biāo)號(hào)的表中順序值.REL1MOV B，@R0 ；將第n個(gè)字符放入B中　　 MOV A，@DPTR；讀標(biāo)號(hào)表中的第n個(gè)字符　　 CJNE A，B，NEXT-SIGN；是否相同，若不同則轉(zhuǎn)到NEXT-SIGN　　 CJNE A，#3AH，REL2 比較完了　　 LCALL ERROR；有相同的標(biāo)號(hào)，出錯(cuò)　　 MOV A，#01H；置出錯(cuò)標(biāo)志01于A中，返回　　 RETREL2 INC R0　　 INC DPTR　　 SJMP REL1 ；繼續(xù)比較NEXT-SIGN　　 CJNE R7，#0FFH，REL3；向有的標(biāo)號(hào)比較完了？　　 LSJMP GO-ONREL3INC R7　　 MOV A，R7 　ANL A，#11110000B　　 SWAP A　　 ADD A，#TABLE-H　　 MOV DPH，A　　 MOV A，R7　　 ANL A，#00001111B　　 SWAP A，　　　MOV DPL，A　　 MOV R0，#BUFFER；重新置鍵盤/顯示緩沖區(qū)首地址　　 LJMP REL1 ；再進(jìn)行比較GO-ON POP DPH；取上一次標(biāo)號(hào)表最后一個(gè)標(biāo)號(hào)的順序值　　 PUP DPL 并放入DPTR　　 LCALL DPTR+；調(diào)把DPTR加1b(十進(jìn)制)的子程序　　 MOV R0，#BUFFER；將新標(biāo)號(hào)裝入表中，即建立新標(biāo)號(hào)REL4 MOV A，@R0　　 MOV@DPTR，A　　 CJNE@R0，#3AH，REL5 ；裝入完？ 　　 INC DPTRMOV 0A，7DH，；把地址計(jì)數(shù)器值裝入標(biāo)號(hào)表中?！　? MOV @DPTR，A　　 MOV A，7EH　　 MOV @DPTR，A　　 RET ；返同　　 INC R0REL5INC R0　　 INC DPTR　　 SJMP REL4；繼續(xù)裝入　　 . 　　 .(略)　　 .]]></pre>語(yǔ)音程序的流程圖如圖8，其部分源程序如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[　　 LCALL VN_ASM ；調(diào)用反匯編程序　　 ANL D1，#11110000B；打開(kāi)語(yǔ)音　　 INC R0　　 MOV@R0，#0DH ；在鍵盤/顯示緩沖區(qū)的待續(xù)字符后置結(jié)束　　 標(biāo)志　　 MOV R0，#BUFFER ；置鍵盤/顯示緩沖區(qū)的首地址于R0中LOOPCJNE @R0，#0DH，REL1 ；全部讀完？　　 SJMP NEXT_V ；是的，去讀下一條語(yǔ)句REL1MOV DPTR，#TABLE2 ；將ASCII碼變控制碼的表的首地址置入　　 DPTR中LOOP1CLR A　　 MOV C A，@A＋DPTR ；讀入一個(gè)控制碼的ASCII碼　　 MOV B，@R0；讀入一個(gè)待續(xù)機(jī)器碼的ASCII碼　　 CJNE A，B，REL2；相同嗎？ 　　 MOV A，DPL；DPL的值實(shí)際就是控制碼的值，將它置于A　　 LCALL VOICE 中并調(diào)語(yǔ)音讀出VOICE.　　 SJMP NEXT-V ；繼續(xù)下一個(gè)字符的發(fā)音REL2INC DPTR ；DPTR加一，讀下一個(gè)控制碼的ASCII值　　 SJMP LOOP1；繼續(xù)比較　　 NEXT-V INC R0 ；R0指向鍵盤/顯示緩沖區(qū)中的下一個(gè)字符　　 SJMP LOOP ；繼續(xù)　　 .　　 . (略)　　 .]]></pre>圖形符號(hào)輸入程序的流程圖如圖9及10。
權(quán)利要求
1.一種便攜式單CPU仿真器，其硬件由微控制器、程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、仿真存貯器、仿真接口、串/并行接口、EPROM編程器、鍵盤及顯示器組成，其特征在于(1).還包括有硬件控制電路、語(yǔ)音系統(tǒng)、打印機(jī)和通過(guò)串行通訊口連接的圖形庫(kù)/高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試終端；(2).鍵盤是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ASCII鍵盤；(3).顯示器是一個(gè)液晶顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式單CPU仿真器，其特征在于液晶顯示器可以是字符型的，也可以是圖形型的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式單CPU仿真器，其特征在于打印機(jī)是一種微型打印機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式單CPU仿真器，其特征在于硬件控制電路是由一組或門和觸發(fā)器組成，由RST信號(hào)及地址/數(shù)據(jù)線信號(hào)觸發(fā)并發(fā)出切換信號(hào)控制其它硬件電路。
5.一種便攜式單CPU仿真器，其軟件包括有機(jī)器碼輸入程序、機(jī)器碼顯示程序、全速運(yùn)行程序、單步運(yùn)行程序、斷點(diǎn)運(yùn)行程序、EPROM固化程序、打印程序及通訊程序，其特征在于還包括宏匯編程序、匯編程序、反匯編程序、圖形符號(hào)輸入程序及語(yǔ)音程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單片機(jī)仿真器。單片機(jī)仿真器是一種需借助于PC機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)工具，本發(fā)明是在系統(tǒng)板上增加了硬件控制電路，使單一CPU仿真器脫離PC機(jī)完成監(jiān)控和仿真功能。本發(fā)明配有標(biāo)準(zhǔn)英文鍵盤、圖形/字符型液晶顯示器、微型打印機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)無(wú)PC機(jī)條件下進(jìn)行匯編、反匯編、宏匯編程序的輸入及調(diào)試。本發(fā)明配有語(yǔ)音系統(tǒng)，給出語(yǔ)音提示或讀出輸入的內(nèi)容。本發(fā)明通過(guò)通訊口連接有用于簡(jiǎn)化編程的圖形庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言終端。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1127390SQ9411875
公開(kāi)日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1994年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月3日
發(fā)明者劉若飛 申請(qǐng)人:劉若飛