伟福仿真器

模块二　伟福仿真器

目前市场上国产仿真器的品种繁多，主要以CPU型为主，南京伟福实业有限公司生产的伟福仿真器是其中的一种。我们以该公司新近开发的V8/L型仿真器为例说明仿真器的基本使用方法，其他类型的仿真器大同小异。使用V8/L型仿真器时将仿真器的插针作为CPU插入设计线路板，将串行口线插在PC机的一个USB口上，之后打开电源即可。

1）伟福仿真器概述

伟福仿真器由仿真主机、仿真头、开关电源等组成。通过更换不同型号的仿真头，即可对各种不同类型的单片机进行仿真，是一种灵活的多CPU仿真系统。

V8/L型通用仿真器外形示意图如图1.3所示，使用USB与电脑相连，附带逻辑测试探头一个，开关电源为直流5V/1A（最小）。

图1.3　V8/L型仿真器外形示意图

V8/L型仿真器配置的仿真头型号为POD－S8X5X/H8X5X，配有40脚DIP封装的转接座，用于仿真MCS-51系列及兼容单片机，可仿真的CPU种类为8031/32、8051/52、875X、89C5X、89CX051，华邦的78E5X系列、77E5X系列，飞利浦的P87C5X系列、P89C51RX2系列、P89C66X系列，LG的97C51/52/1051/2051。配有40脚DIP封装的转接座，可选配44脚PLCC封装的转接座。选配2051转接座可仿真20脚DIP封装的89CX051CPU。PODS8X5X仿真头结构示意图如图1.4所示。

图1.4　仿真头结构示意图

2）伟福仿真平台

这是与伟福V8/L型仿真器相配套的VW IDE环境，中/英文界面可任选，用户源程序的大小没有任何限制，支持ASM、C、PLM语言混合编程，具有项目管理功能，为用户的资源共享、课题重组提供强有力的支持。支持点屏显示，用鼠标左键单击源程序中的某一变量，即可显示该变量的数值。具有丰富的窗口显示方式，多方位、动态地展示仿真的各种过程。该仿真平台具有以下特点：

（1）双工作模式

①软件模拟仿真（不用仿真器也能模拟仿真）；

②硬件仿真。

（2）双CPU结构

由监控CPU控制仿真CPU完成仿真工作，100％不占用用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制。支持地址、数据、外部信号、事件断点，支持实时断点计数、软件运行时间统计。

（3）集成调试环境

集成了编辑器、编译器、调试器，使源程序编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境下完成。伟福的多种仿真器以及支持的多类CPU仿真全部集成在一个环境下，可仿真MCS-51系列、MCS196系列、Microchip PIC系列CPU。伟福Windows调试软件提供了全集成环境和统一的界面，包括一个项目管理器、一个功能强大的编辑器、汇编Make以及Build和调试工具，并提供一个与第三方编译器相连的接口。

（4）强大的逻辑分析仪综合调试功能

逻辑分析仪由交互式软件菜单窗口对系统硬件的逻辑或时序进行同步实时采样，并实时在线调试分析，采样深度64k，最高时基采样频率达100MHz，有64路波形，可精确实时反映用户程序运行时的历史时间。系统在使用逻辑分析仪时，除普通的单步断点运行、键盘断点运行、全速硬件断点运行外，还可实现各种条件的组合断点，如数据、地址、外部控制信号、CPU内部控制信号、程序区间等。由于逻辑分析仪可以直接对程序的执行结果进行分析，因此极大地提高了程序调试的便利性。随着科学技术的发展，单片机在通讯方面的运用越来越多。在进行通讯功能的调试时，如果通讯不正常，查找原因是非常耗时和低效的，很难搞清楚问题到底出在什么地方：是波特率不对；是硬件信道有问题；是通讯协议有问题；是发方出错还是收方出错。有了逻辑分析仪，情况则完全不一样。它可以分别或者同时对发送方、接收方的输入或者输出波形进行记录、存储、对比、测量等各种直观的分析，可以将实际输出通讯报文的波形与源程序相比较，以立即发现问题所在，从而极大地方便了调试。

（5）强大的跟踪器功能

跟踪功能以总线周期为单位，实时记录CPU仿真运行过程中总线上发生的事件，其触发条件方式同逻辑分析仪。跟踪窗口在仿真停止时可收集显示跟踪的CPU指令记忆信息，可以以总线反汇编码模式和源程序模式对应显示跟踪结果。屏幕窗口显示波形图最多跟踪记忆指令64k，并通过仿真器的断点、单步、全速运行或各种条件组合断点来完成跟踪功能。总线跟踪是跟踪程序的运行轨迹，统计软件运行时间。

3）软件安装

（1）集成调试软件安装

①将光盘放入光驱自动运行，出现安装提示；

②选择“安装VW”软件；

③按照安装程序的提示，输入相应内容；

④继续安装，直至结束。

在安装过程中，如果用户没有指定安装目录，则安装完成后，会在C盘建立一个C:\VW目录（文件夹），结构如表1.2所示。

表1.2　目录及其对应内容

（2）编译器安装

伟福仿真系统已内嵌汇编编译器（伟福汇编器），同时留有第三方编译器的接口，以方便用户使用高级语言调试程序。

安装MCS-51系列CPU编译器的步骤如下：

①进入C盘根目录，建立C:\COMP51子目录（文件夹）；

②将第三方的51编译器复制到C:\COMP51子目录（文件夹）下；

③在［主菜单｜仿真器｜仿真器设置｜语言］对话框的［编译器路径］指定C:\COMP51。

如果用户将第三方编译器安装在硬盘的其他位置，请在［编译器路径］指明其位置，例如：C:\KEIL＼C51＼。

4）开发环境

伟福集成调试软件安装完毕后，在Windows环境下，双击桌面上的Wave图标进入开发环境，界面及主要功能如图1.5所示。

图1.5　集成调试软件主界面

（1）仿真器选择

在使用仿真器时，应根据需要设置好仿真器类型、仿真头类型及CPU类型。伟福集成调试软件对多种CPU的时序既可以进行硬件仿真，也可以进行软件仿真。若使用软件仿真即选择“伟福软件模拟器”方式，单击【仿真器】｜【仿真器设置】，出现软件仿真选择界面如图1.6所示，选中“使用伟福软件模拟器”，按回车键后，出现仿真器采用软件仿真初始化界面如图1.7所示。此时，仿真器软件仿真设置结束，可进入汇编程序编辑、文件保存、编译、调试等阶段。

图1.6　仿真器采用软件仿真选择界面

图1.7　仿真器采用软件仿真初始化界面

采用硬件仿真时，其选择界面如图1.8所示，在“选择仿真器”框内选择仿真器的类型，在“选择仿真头”框内选择仿真头的类型，在“选择CPU”框内选择CPU的型号。硬件仿真时，正确进行仿真器设置是调试的基础，在实际调试中应该按照系统实际情况进行选择。使用徐州师范大学电气工程及自动化学院研制的“单片机实验开发系统”的读者应该这样选择：仿真器选择V8/L，仿真头选择POD－S8X5X，CPU选择AT89C52，并注意应该取消选中“使用伟福软件模拟器”，如图1.8所示。按回车键后，再经过一次硬件仿真初始化过程，仿真器就可以使用了。

图1.8　仿真器采用硬件仿真选择界面

（2）仿真器窗口设置

伟福集成调试软件可以分为若干个窗口，每个窗口显示相关的内容，有项目窗口、信息窗口、观察窗口、CPU窗口和数据窗口，这些窗口显示的信息可以十分方便地为调试服务。开发者还可以根据个人的习惯来设定显示窗口及其位置，以提高调试的效率。下面简要介绍伟福V系列集成调试软件主要窗口：

①文件窗口

如图1.9所示，可在此窗口下进行包括新建、打开、保存等文件操作。

②编译文件窗口

单击【项目】｜【编译】，或按F9键，可以将源文件编译成目标文件。编译文件窗口如图1.10所示。

③执行窗口

如图1.11所示，在此窗口下可用全速执行、跟踪、单步、断点等各种方式运行程序。

图1.9　文件窗口

图1.10　编译文件窗口

图1.11　执行窗口

④窗口窗口

如图1.12所示，在此窗口下可以观察到各种窗口信息，其中最常用到的是CPU窗口和数据窗口。

图1.12　窗口窗口

a.CPU窗口

如图1.13所示，通过CPU窗口可以看到编译正确的机器码及反汇编程序，让用户更清楚地了解程序执行过程。CPU窗口中还有SFR窗口和位窗口，能够让用户了解程序执行过程中寄存器内容的变化。

图1.13　CPU窗口

b.数据窗口

对51系列CPU，数据窗口有内部数据窗口DATA、程序数据窗口CODE、XDATA外部数据窗口、外部数据窗口（页方式）PDATA、BIT窗口。

5）快速入门

下面以一个简单的汇编程序为例，使读者快速掌握伟福集成调试软件使用及51单片机汇编程序调试方法。要掌握伟福软件更多的功能与使用技巧依赖于读者反复的实践。

编程要求：指定片外RAM2000H为起始地址，长度为256个单元，要求将其内容清零。

（1）建立新程序

单击【文件】｜【新建文件】，出现一个文件名NONAME1的源程序窗口，在此窗口中输入以下程序：

输入程序后的窗口如图1.14所示，下面要做的工作是将此文件存盘。

图1.14　新建文件窗口

（2）保存程序

单击【文件】｜【保存文件】或【文件】｜【另存为】，出现保存文件窗口，如图1.15所示。假设保存文件夹为D:\user＼VM＿DEBUG，文件名为T1＿1.ASM，单击“保存”按钮。文件保存后，程序窗口上文件名变成了D:\user＼VM＿DEBUG＼T1＿1.ASM。

图1.15　保存文件窗口

（3）建立新的项目

单击【文件】｜【新建项目】，出现加入模块文件对话框，如图1.16所示，新建项目分为三个步骤。

①加入模块文件。在加入模块文件对话框中选择刚才保存的文件T1＿1.ASM，单击“打开”按钮，出现加入包含文件对话框，如图1.17所示。

图1.16　加入模块文件对话框

图1.17　加入包含文件对话框

②加入包含文件。在加入包含文件对话框中，选择所要加入的包含文件；如果没有，则单击“取消”按钮，出现保存项目对话框，如图1.18所示。

③保存项目。在保存项目对话框中输入项目名称MY1，软件自动将后缀设成“.PRJ”，单击“保存”按钮将项目保存在与源程序相同的文件夹下。

图1.18　保存项目对话框

图1.19　项目窗口

保存好后，如果项目是打开的，可以看到项目的“模块文件”中已有一个模块“T1＿1.ASM”，如图1.19所示。如果项目窗口没有打开，可以选择菜单【窗口】｜【项目窗口】打开。

（4）设置仿真器

单击【仿真器】｜【仿真器设置】，或单击仿真器设置快捷图标，或双击项目窗口的第一行来打开“仿真器设置”对话框，如图1.20所示。

在仿真器栏中，选择仿真器类型和配套的仿真头以及所要仿真的单片机。在语言栏中，“编译器选择”根据本例要求选择“伟福汇编器”。如果程序使用的是C语言或INTEL格式的汇编语言，可根据安装的Keil编译器版本选择“Keil C（V4或更低）”或者“Keil C（V5或更高）”，单击“好”按钮确定。当仿真器设置好以后，再次保存项目。

（5）编译程序

单击【项目】｜【编译】，或按编译快捷图标，或按F9键，编译项目。编译过程中，如果有错会在信息窗口中显示出来，双击错误信息，可以在源程序中定位所在行。纠正错误后，需再次编译直到没有错误。在编译之前，软件会自动将项目和程序存盘。编译没有错误后，就可以调试程序了。

图1.20　仿真器设置窗口

（6）单步调试程序

单击【执行】｜【跟踪】，或按跟踪快捷图标，或按F7键，运行单步跟踪调试程序。单步跟踪就一条指令一条指令地执行程序，若有子程序调用，就跟踪到子程序中去。单步跟踪调试窗口如图1.21所示，单步跟踪可以观察程序每步执行的结果，“”所指的就是下次将要执行的程序指令。由于条件编译或高级语言优化的原因，不是所有的源程序都能产生机器代码，源程序窗口最左边的“”图标代表此行为有效程序，产生了可以执行的机器代码。

图1.21　单步跟踪调试窗口

如果嫌单步跟踪到子程序调试速度太慢，可以按F8键进行单步执行即以全速执行子程序调用，而不一步一步地跟踪子程序。

为提高源程序调试速度与调试效率，可以使用“执行到光标处”功能或设置断点。将光标移到程序想要暂停的地方，单击【执行】｜【执行到光标处】，或按F4键，程序会全速执行到光标所在行。设置断点的方法比较简单，将光标移到源程序窗口的左边灰色区，光标变成“手指圈”时，单击左键即可设置断点。断点有效，其图标为“红圆绿勾”；断点无效，其图标为“红圆黄叉”。断点设置好后，就可以用全速执行功能执行程序，当程序执行到断点时会暂停，这时可以观察程序中各变量的值以及各端口的状态，判断程序是否正确。

到此为止，我们都是用软件模拟方式来调试程序，如果想要用硬件仿真，就要连接上仿真器。

（7）连接硬件仿真

将仿真器通过USB电缆连接到计算机上，将仿真头接到仿真器，检查接线是否有误，确定无误后，接上电源，打开仿真器的电源开关。参见第（4）步“设置仿真器”，取消选择“仿真器”栏下方的“使用伟福软件模拟器”选项，单击“好”按钮确认。

如果仿真器和仿真头设置正确，并且硬件连接没有错误，就会出现如图1.22所示的“伟福仿真器”对话框，并显示仿真器、仿真头的型号及仿真器的序列号，表明仿真器初始化正确。如果仿真器初始化过程中有错，就会再次出现仿真器设置对话框，这时应检查仿真器、仿真头的选择是否有错，硬件连线是否有错。检查纠正错误后再次确认，直至显示如图1.22所示的硬件仿真确认对话框。

图1.22　硬件仿真确认对话框

如果已经有写好的程序，可以从第（3）步“建立新的项目”开始，将程序加入项目，就能以项目方式仿真了。如果不想以项目方式仿真，则要先关闭项目，再打开程序，并且要正确设置仿真器、仿真头，然后再编译、调试程序。