畢業(yè)論文---單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).doc

單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要單片微型計算機（MCU）經(jīng)過多年的發(fā)展，在性能上有很大的進步，在型號上發(fā)展到上千種類，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類社會生活的各個領(lǐng)域。單片機課程已經(jīng)成為高校計算機、自動化、測控以及電子信息工程等專業(yè)的重要課程。該課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，在實際教學(xué)中，應(yīng)將理論教學(xué)和實驗教學(xué)緊密結(jié)合。學(xué)生在掌握理論知識之余，必須通過編寫程序、設(shè)計硬件電路、仿真、調(diào)試這一系列的實驗過程，才能更好地掌握單片機的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用技能。隨著單片機及其接口技術(shù)的飛速發(fā)展，目前市場上供應(yīng)的編程仿真實驗資源并不能完全滿足高校單片機課程教與學(xué)的需求，構(gòu)建低成本、技術(shù)先進、源碼公開的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)，對我國單片機課程的教學(xué)和單片機領(lǐng)域人才的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。本論文結(jié)合目前教學(xué)中對單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的實際需求，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，精心設(shè)計和開發(fā)了單片機編程仿真實驗系統(tǒng)。該單片機編程仿真實驗系統(tǒng)由PC機端單片機編程控制軟件和單片機編程仿真實驗板兩部分組成。PC機端的單片機編程控制軟件可以自動檢測到連接到單片機編程仿真實驗板上的單片機，控制單片機編程器擦除、寫入、讀出、校驗?zāi)繕藛纹瑱CROM中的程序，以十六進制文件（.HEX文件）格式顯示在控制界面內(nèi)；單片機仿真實驗系統(tǒng)能夠把寫入單片機的程序?qū)崟r地運行，并呈現(xiàn)實際運行效果。單片機編程控制軟件和單片機仿真實驗板組成一個完整的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)。該單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的編程控制軟件是在VisualC+IDE環(huán)境下開發(fā)的，單片機編程仿真實驗板上的MCU采用了美國Atmel公司推出的應(yīng)用廣泛、兼容性強、功能強大、價格低廉的AT89S系列單片機，該系列單片機內(nèi)部除了集成了傳統(tǒng)單片機的基本功能部件外，還集成了在系統(tǒng)可編程（ISP）功能，ISP功能為單片機的應(yīng)用和產(chǎn)品的升級換代帶來了極大方便。選擇該MCU有效降低了系統(tǒng)的技術(shù)度和成本，同時提高了系統(tǒng)的可靠性。該單片機編程仿真實驗系統(tǒng)性能穩(wěn)定，綜合功能極強，它集編程、仿真、實驗于一體，可以進行系統(tǒng)全面的單片機實驗項目的學(xué)習(xí)。模塊化的設(shè)計思想，使單片機編程仿真實驗系統(tǒng)各功能單獨實現(xiàn)，利用該編程仿真實驗系統(tǒng)，可以從原理上學(xué)習(xí)單片機編程的過程，實時查詢單片機子程序庫，進行本系統(tǒng)提供實例的仿真。能勝任學(xué)生的課程實驗、畢業(yè)設(shè)計、電子設(shè)計競賽等各個不同的實驗與實踐階段，有利于實驗者自主開發(fā)實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)第一章緒論1.1研究背景和意義單片機也叫嵌入式微控制器，它的出現(xiàn)是計算機發(fā)展史上重要的里程碑，使計算機的用途從海量數(shù)據(jù)計算發(fā)展到智能化控制，它具有體積小、功能強、可靠性高、價格低、使用方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。單片機應(yīng)用系統(tǒng)是單片機嵌入到對象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個智能化控制單元，構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿足對象要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。單片機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分為3個層次，即單片機、單片機系統(tǒng)和單片機應(yīng)用系統(tǒng)1，如圖1-1所示。單片機系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、儀器儀表、家用電器、信息和通信產(chǎn)品和軍事裝備等方面。在工業(yè)自動化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和測控技術(shù)，還是生產(chǎn)線上的機器人技術(shù)，都需要單片機的參與；單片機的使用又將使儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化和柔性化方向發(fā)展；汽車的安全保障系統(tǒng)，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，飛機上的各種儀表控制，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置等，都有單片機在其中發(fā)揮著作用。學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用單片機并掌握其應(yīng)用技術(shù)具有重要意義。在全國高等院校電子信息類專業(yè)中，已普遍開設(shè)單片機及其相關(guān)課程。單片機原理、單片機原理及接口技術(shù)等課程是大中專院校電子類專業(yè)實踐性、應(yīng)用性和工程性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課或選修課。從加強學(xué)生能力培養(yǎng)的要求來看，這類課程僅在課堂上講授基本原理是不夠的，必須在教學(xué)中加強實踐環(huán)節(jié)，開設(shè)一定數(shù)量的高質(zhì)量配套實驗課或獨立的實驗課程，讓學(xué)生有足夠的實踐機會。那么對于單片機實驗教學(xué)環(huán)境建設(shè)就相應(yīng)提出了較高要求。2目前，在單片機教學(xué)中普遍存在著一些問題，如：1單片機課程往往多以理論為主，實驗為輔的教學(xué)形式。實驗也多是進行驗證性實驗。實驗現(xiàn)在普遍采用“實驗箱”，學(xué)生在做實驗時都是按指導(dǎo)書上現(xiàn)成的資料,編譯現(xiàn)成的程序,很少有同學(xué)去分析編程的原理和實驗程序的流程,更談不上去修改和完善。對于單片機電路也只是按實驗指導(dǎo)書在實驗箱上做簡單的連線,沒有一個整體的電氣原理圖概念,最終還是不會設(shè)計電路,甚至連基本的電氣原理圖都讀不懂。但單片機是一門實踐性很強的學(xué)科，只學(xué)習(xí)理論不做實驗練習(xí)，很難真正地把單片機方面的知識理解掌握，很難真正成為單片機應(yīng)用領(lǐng)域的高級人才。2學(xué)生實驗時也存在著諸多限制，單片機實驗室由于存在著場地和時間有限等問題，學(xué)生除了上課外，平時很難有機會實踐。個人配備單片機編程實驗開發(fā)系統(tǒng)，因成本較高，很多學(xué)生無法承受。同時一般單片機實驗箱由于是成品，學(xué)生很難參與到其中的細節(jié)設(shè)計中去，一般單片機實驗箱也只是起驗證實驗的作用，學(xué)生動手能力很難得到訓(xùn)練與提高2。3教學(xué)過程中應(yīng)用的單片機編程軟件都是封裝后發(fā)布，學(xué)習(xí)者根本不了解單片機編程器的工作原理，對于大多數(shù)的編程器軟件只會簡單的操作，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。由此可見，構(gòu)建開放源代碼、低成本、易更新的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)，對我國單片機領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和單片機課程的教學(xué)具有重大的現(xiàn)實意義。它不僅可以顯著降低實驗設(shè)備投資，而且將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探索精神，為單片機課程實驗教學(xué)帶來革命性的變化。早期，人們曾把邏輯分析儀作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具來使用，但功能有限只能用于簡單的單片機系統(tǒng)；對于復(fù)雜的單片機系統(tǒng)，可以使用微型計算機來進行應(yīng)用開發(fā)，把能開發(fā)單片機的微型計算機稱為微型機開發(fā)系統(tǒng)MDS（MicrocomputDevelopmentSystem）；此外，還有專門的單片機開發(fā)系統(tǒng)，稱為在線仿真器ICE（InCircuitEmulator），通過它可以進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)和EPROM寫入。當今很多單片機編程仿真實驗系統(tǒng)綜合功能又過于強大，將各科的實驗都集中在一起，比如既能做MCS-51系列、MCS-96系列單片機實驗，又能做CPLD、EDA實驗，甚至還能做微機原理8088實驗。并非功能強大了不好，但單片機學(xué)習(xí)者確實對其中的有些功能用不著，那么多功能都集成在一起，勢必增加開發(fā)成本，使產(chǎn)品價格升高，令購買者望而生畏。再者，現(xiàn)今的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)把編程過程原理全部封裝在程序中，使學(xué)習(xí)者不能真正的了解程序的過程和原理，只會簡單地操作，不能靈活適用于不同的學(xué)習(xí)者，不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索創(chuàng)新能3力。完整的單片機開發(fā)和實驗系統(tǒng)應(yīng)包括微型計算機、編程器（又叫燒錄器）、仿真器、實驗電路板等。當今流行的計算機都能滿足單片機學(xué)習(xí)與開發(fā)的要求。編程器用于把編譯好的程序?qū)懭雴纹瑱C的ROM里面，把寫好后的芯片插到實驗板上面進行試驗。單片機仿真器用來實時仿真調(diào)試單片機程序及硬件電路，隨時發(fā)現(xiàn)問題，修改程序，提高編寫程序的效率。硬件實驗板，作為單片機實驗的外圍電路部分，可以進行相關(guān)實驗電路的單片機編程仿真實驗，測試單片機程序能否實現(xiàn)實驗電路的功能。為此，我們設(shè)計和開發(fā)了一種模塊化的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由編程仿真軟件和實驗板兩部分組成。軟件在分析單片機編程原理的基礎(chǔ)上對單片機編程的各個操作和實現(xiàn)過程進行詳細介紹并給出源代碼；設(shè)計并開發(fā)了編程仿真實驗板，實驗板上留出可擴展的接口和資源，利于學(xué)生自己開發(fā)實驗。該系統(tǒng)不僅能勝任于學(xué)生的課程實驗、畢業(yè)設(shè)計、課外科技活動等各個不同的實驗與實踐階段，并且有利于實驗者進行自主開發(fā)實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。1.2研究現(xiàn)狀目前單片機已經(jīng)引起各行業(yè)極大關(guān)注，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。很多大型公司都設(shè)計開發(fā)并生產(chǎn)專業(yè)的單片機編程器，仿真器以及單片機實驗板，以供大中專院校進行教學(xué)培訓(xùn)、實驗研究以及個人學(xué)習(xí)使用。當今比較流行的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)，一般都是集編程、仿真、實驗于一體，綜合功能極強。如WS系列單片機綜合開發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是福建泉州強聯(lián)單片機科技有限公司生產(chǎn)的一款全面支持ATMEL與STC系列單片機的集開發(fā)實驗板、編程器、仿真器、ISP在線下載功能的四合一開發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。XL1000單片機綜合仿真實驗儀是深圳市學(xué)林電子有限公司綜合多年經(jīng)驗開發(fā)出的多功能8051單片機平臺（兼容AVR/PIC單片機的部分燒寫實驗功能），集常用的單片機外圍硬件、ISP下載線、單片機仿真器、單片機實驗板、編程器功能于一身。航空航天部615所研制的AEDK5198仿真器，可仿真開發(fā)MCS-51系列和8098單片機，支持全空間仿真、硬件斷點，所有單片機資源向用戶開放，能與系統(tǒng)機（IBM-PC及兼容機）聯(lián)機，也能獨立運行。DUCK-IV仿真器是新一代的MCS8051系列單片機在線仿真器，采用背騎式（piggyback）芯片作為仿真芯片和采用先進的仿真技術(shù)，突破了國內(nèi)因使用同種芯片仿真相同類型單片機所不能逾越的諸多障礙。該仿真器不用更換主芯片即可對8051系列芯片進行仿真開發(fā)，不占任何用戶資源，64K程序存儲空間和464K數(shù)據(jù)存儲空間完全提供給用戶，程序全速運行時，實時跟蹤，實時采集。廣州致遠電子有限公司設(shè)計的DP-51PROC（插孔式）單片機綜合仿真實驗儀是基于KeilC51集成開發(fā)環(huán)境下的DP系列單片機仿真實驗儀之一，是一套功能強大的單片機應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)、調(diào)試、開發(fā)工具，集成了四合一功能：ISP、EDA、仿真、實驗儀，為各大院校的實踐教學(xué)提供了一個較好的實驗平臺，是單片機教學(xué)的好幫手。在互聯(lián)網(wǎng)上，設(shè)計開發(fā)單片機實驗教學(xué)儀器的個人網(wǎng)站也是數(shù)不勝數(shù)。KeilC51集成開發(fā)環(huán)境uVision3是KeilSoftwareInc/KeilElektronikGmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立和管理、編譯、連接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。由于Keil本身是一個純軟件的東西，還不能直接進行硬件仿真，必須連接上面所述的在線仿真器硬件才可以進行仿真。ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。Proteus硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)。1.3本文的主要工作本文的主要工作包括單片機編程仿真實驗系統(tǒng)上位機控制軟件開發(fā)和編程仿真實驗板設(shè)計兩個方面。上位機編程控件軟件主要由三個模塊組成：控制編程模塊、子程序庫查詢模塊和編程仿真實驗?zāi)K。下位機實驗板分為顯示模塊、鍵盤模塊、發(fā)音模塊等。單片機編程仿真實驗系統(tǒng)上位機控制軟件的編程模塊根據(jù)MCU芯片（本論文以AtmelAT89S51單片機為編程仿真芯片進行編程仿真實驗）編程手冊上規(guī)定的命令協(xié)議，控制程序中所要求的不同地址的引腳置高或低電平從而實現(xiàn)進行單片機的編程，編程軟件可以通過并口、串口和ISP在系統(tǒng)編程三種方式對下位機實驗板進行編程，這部分功能在VisualC+編程環(huán)境下實現(xiàn)；子程序庫查詢模塊根據(jù)Delphi強大的數(shù)據(jù)庫操作功能，把存放在數(shù)5據(jù)庫中現(xiàn)行的51子程序通過標號查詢、功能查詢和遍歷的方式查找所需要的子程序，可以方便的應(yīng)用到編程中；編程仿真實驗?zāi)K把編寫好的源代碼以十六進制的格式編程寫入單片機，并在仿真實驗板上實時地仿真出來。以上三個模塊將由一個控制界面分別調(diào)用或引用各個實現(xiàn)的模塊來控制實現(xiàn)?？偨缑?、子程序查詢模塊和實驗?zāi)K在Delphi環(huán)境下實現(xiàn)。實驗板設(shè)計部分需要完成的工作主要有實驗板硬件電路的原理設(shè)計，PCB電路板的繪制設(shè)計和制作，各個功能模塊地設(shè)計與制作，以及后期的安裝和調(diào)試工作，包括ISP在線編程部分、仿真部分等。這也是軟件部分設(shè)計、調(diào)試和正常運行的基礎(chǔ)。6第二章單片機編程仿真實驗系統(tǒng)總體設(shè)計2.1編程仿真實驗系統(tǒng)的單片機選型在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，Intel公司將其MCS-51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC設(shè)計廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性3。目前，單片機進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展，越來越多的高性能和多品種單片機出現(xiàn)。一個好的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)必須有與之適合的MCU，本實驗系統(tǒng)主要是根據(jù)單片機的ISP在系統(tǒng)編程功能，使程序下載到實驗板目標單片機中并即時運行，系統(tǒng)選用了Atmel公司生產(chǎn)的具有ISP功能的AT89S51單片機。2.1.1選型原則對于MCU的選型應(yīng)遵循以下原則：1具有在系統(tǒng)可編程（ISP）功能本文旨在研究一種便于普及，質(zhì)優(yōu)價廉的單片機編程仿真實驗系統(tǒng)。目前單片機編程仿真主要有三種方式：一是專業(yè)級的編程仿真器，采用專用仿真芯片，可以仿真單片機及其外部接口的全部硬件資源，這種編程仿真器價格昂貴不利普及；二是采用單片機生產(chǎn)商提供的IDE軟件燒錄在高檔單片機芯片中做仿真芯片配合KeilC單片機編輯仿真軟件進行仿真實驗，該方式價格適中，能仿真除串行口和部分ROM之外的大部分單片機資源，仿真調(diào)試方便；三是利用單片機的在系統(tǒng)可編程（ISP）功能，在軟件仿真正確的前提下，直接對目標單片機進行在系統(tǒng)編程，實時運行立刻出現(xiàn)實際運行效果，該方式價格最低，便于普及。單片機ISP技術(shù)是未來發(fā)展方向。2典型性MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的AT89S51、SST89E564RD等），各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。AT89S51是AT89C51的換代芯片，AT89S51目前已經(jīng)成為了實際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的Atmel公司目前已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。AT89S51在工藝上進行了改進，成本降低，而且將功能提7升，增加了競爭力。AT89SXX可以向下兼容AT89CXX等51系列芯片4。3兼容性8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。其他公司的51單片機產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而已。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL公司的AT89C51，AT89S51，AT89S52，SST公司的SST89E564RD，菲利浦公司的P89C51X2和華邦公司的78E51B等。AT89S51具有ISP等新功能，更優(yōu)秀的是由Flash（內(nèi)部Flash擦寫次數(shù)為1,000次以上）存儲器取代了原來的一次性寫入ROM。4性價比任何系統(tǒng)中對微控制器的選擇都要考慮成本的因素，若忽略成本的因素，使產(chǎn)品的價格過高，在市場上將沒有競爭力。為節(jié)省成本，本單片機編程仿真實驗系統(tǒng)集編程、仿真于一體，所以要求MCU功能強大，不僅具有51系列單片機的基本功能，還應(yīng)具有在線編程和仿真的功能。Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51單片機性價比高，不僅可以滿足以上功能，而且價格也不是很高。根據(jù)以上原則，我們選用了Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51單片機，其應(yīng)用廣泛、兼容性強、功能強大、價格低廉?？梢詽M足本編程仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)以及后續(xù)的再開發(fā)。2.1.2AT89S51單片機性能簡介AT89S51單片機是美國Atmel公司推出的新一代高性能、高速、低功耗、低電壓單片機，其保密性能好，具有高可靠性、高抗干擾等特性。AT89S51是一種帶4K字節(jié)FLASH可編程存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。特別是支持ISP編程功能，編程開發(fā)只需幾根線即可對芯片進行程序的下載燒錄。由于將多功能8位CPU和FLASH存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電8模式。AT89S51在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求5。AT89S51相對于AT89C51增加的新功能包括：1ISP在系統(tǒng)編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個非常強大易用的功能。2工作頻率為33MHz，AT89C51的極限工作頻率只有24M，AT89S51比AT89C51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。3具有雙工UART串行通道。4內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像AT89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。5雙數(shù)據(jù)指示器。6電源關(guān)閉標識。7全新的加密算法，這使得對于AT89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。8兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051、89C51還是MCS-51等），在AT89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。2.2編程控制軟件設(shè)計2.2.1設(shè)計原理根據(jù)MCU芯片編程手冊上規(guī)定的命令協(xié)議，通過一定的時序向不同的引腳置高或低的編程電壓實現(xiàn)對單片機的編程，將代碼寫入單片機的ROM中。單片機編程仿真實驗系統(tǒng)中的編程器模塊就是根據(jù)這一原理，在PC上位機和單片機間規(guī)定通訊協(xié)議，按照通訊協(xié)議實現(xiàn)PC機上的編程控制軟件與單片機通訊，使單片機編程器控制程序中所要求的不同地址的引腳置高或低電平從而實現(xiàn)單片機的編程。單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的子程序查詢模塊通過把單片機子程序的各要素按一定的規(guī)則放入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)Delphi強大的數(shù)據(jù)庫查詢功能，通過標號和子程序功能字段實現(xiàn)單片機子程序的查詢。13第三章編程仿真軟件設(shè)計與實現(xiàn)3.1單片機編程器模塊單片機編程仿真實驗系統(tǒng)的編程器模塊總體設(shè)計主要分為三部分：操作部分、設(shè)置部分和顯示部分。其中，操作部分包括打開文件、保存文件、擦除器件、寫器件、讀器件、校驗數(shù)據(jù)和鎖定部分；設(shè)置部分包括設(shè)置加密位，選擇編程器類型、串口、波特率和下載線性能設(shè)置；顯示部分包括提示信息、緩沖存儲區(qū)1內(nèi)容和緩沖存儲區(qū)2內(nèi)容。3.1.1編程原理1Flash閃速存儲器的并行編程AT89S51單片機內(nèi)部有4K字節(jié)的可快速編程的Flash存儲陣列。編程方法可通過傳統(tǒng)的EPROM編程器使用高壓（12V）和協(xié)調(diào)的控制信號進行編程。AT89S51的代碼是逐一字節(jié)進行編程的。編程方法：（1）在地址線上加上要編程單元的地址信號；（2）在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)；（3）激活相應(yīng)的控制信號；（4）將EA/Vpp端加上12V編程電壓；（5）每對Flash存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一上ALE/PROG編程脈沖，每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，大多數(shù)約為50us，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù)1-5步驟，直到全部文件編程結(jié)束。2Flash閃速存儲器的串行編程將RST接至Vcc，程序代碼存儲陣列可通過串行ISP接口進行編程，串行接口包含SCK線、MOSI（輸入）和MISO（輸出）線。將RST拉高后，在其它操作前必須發(fā)出編程使能指令，編程前需將芯片擦除。芯片擦除則將存儲代碼陣列全寫為FFH。外部系統(tǒng)時鐘信號需接至XTAL1端或在XTAL1和XTAL2接上晶體振蕩器，最高串行