Multisim是基于SPICE的電路仿真軟件,，SPICE（Simulation Program with Intergrated Circuit Emphasis）是“側(cè)重于集成電路的模擬程序”的簡稱，在1975年由加利福尼亞大學伯克萊分校開發(fā),。在Multisim9中,，需要另安裝MultiMCU進行單片機仿真。NI(National Instruments) Multisim10 將MuitiMCU稱為MCU Module,，不需要單獨安裝,，可以與Multisim中的SPICE模型電路協(xié)同仿真，支持Intel/Atmel的8051/8052 和 Microchip的 PIC16F84a,，典型的外設(shè)有RAM和ROM,，鍵盤,，圖形和文字LCD，并有完整的調(diào)試功能,，包括設(shè)置斷點,，查看寄存器，改寫內(nèi)存等,。支持C語言,，可以編寫頭文件和使用庫，還可以將加載的外部二進制文件反匯編,。

　這里我們通過一個簡單的帶有復位功能的計數(shù)器的例子來說明在NI Multisim10中如何進行單片機開發(fā)以及如何與SPICE模型電路協(xié)同仿真,。

MCU（Microcontroller Unit）即單片機是大家都比較熟悉并常用的電子器件，由于其廣泛的應用,，所以用單片機設(shè)計電路是電子技術(shù)人員必備的技能,。對于初學者，可以先從軟件仿真入手,。我們知道利用Proteus軟件可以進行單片機的軟件仿真,，Multisim同樣也可以。

　如果你對Multisim比較熟悉,，那一定對里面的安捷倫（Agilent）54622D混合信號示波器等儀器印象很深刻吧,，因為它與真實的儀器面板和操作幾乎完全一樣。Multisim里象這種模仿實際儀器的還有安捷倫的33120A任意波形函數(shù)發(fā)生器和34401A萬用表,，泰克（Tektronix）的TDS2024四通道示波器,。充分利用這些儀器，就好比擁有了一個真實的實驗室,，你可以用33120A任意波形函數(shù)發(fā)生器給單片機提供輸入信號,，用54622D或TDS2024示波器觀看模擬信號，或用54622D的邏輯分析儀功能查看單片機多個管腳數(shù)字信號的輸出,。在下面的例子里我們將用54622D來觀察復位信號,。

搭建電路設(shè)置MCU
　建好的電路圖如圖1所示，各器件的名稱等信息如附表所示,。需要說明的是電路圖中的單片機不用連接晶振也可以進行仿真,，時鐘頻率（速度）的設(shè)置見下文。
 
圖1 帶復位功能的簡單計數(shù)器的電路圖
 
附表　　
      搭建電路時,，當將單片機U1放入電路圖中時,，會出現(xiàn)MCU向?qū)В鐖D2所示,。第一步,，分別輸入工作區(qū)路徑和工作區(qū)名稱。工作區(qū)名稱任意,，這里輸入MCUCosimWS,。第二步,，如圖3所示，在項目類型（Project type）下拉框有兩個選項：標準(Standard)和加載外部Hex文件(Load External Hex File),，你可以在Keil等環(huán)境下編寫匯編和C源程序,，然后生成Hex文件，再通過“加載外部Hex文件”導入,。限于篇幅這里選標準（Standard）,，接著在“編程語言”（Programming language）下拉框里會有兩個選項：C和匯編（Assembly），如果選擇C,，則在匯編器/編譯器工具(Assembler/Compiler tool)下拉框會出現(xiàn)Hi-Tech C51-Lite compiler，我們這里選擇匯編（Assembly）,，則出現(xiàn)8051/8052 Metalink assembler,。接下來在項目名稱（Project name）里輸入名稱，如CosimProject,。第三步,，如圖4所示，對話框里有兩個選項：創(chuàng)建空項目（Create empty project）和添加源文件(Add source file),。選擇添加源文件,，點擊完成。保存文件,，鍵入M10Cosim作為文件名,，然后查看“設(shè)計工具箱”(Design Toolbox)，應如圖5所示,。

 
 
 
　你可能更愿意用C來編寫程序,，而不是匯編，或兩個都用,，或還想引入外部Hex文件,，這都可以通過用“MCU代碼管理器”添加MCU項目來解決。在設(shè)計工具箱里右鍵單擊MCUCosimWS,，選擇“MCU代碼管理器”（MCU Code Manager）,，點擊“新MCU項目”（New MCU Project）按鈕，選擇“項目類型”（Project Type）,，可以是標準（Standard）或加載外部Hex文件(Load External Hex File),，這里選“標準”，接著輸入名稱,，如Cosim_C_Project,，確定后就可以在MCU代碼管理器對話框里進行下一步設(shè)置了，可以創(chuàng)建新文件,，設(shè)置匯編器/編譯器等等,。如圖6所示,，這時已經(jīng)多了一個Cosim_C_Project項目（未添加C代碼源文件），前面圖標空心的方框說明它不是“當前使用的項目”（Active MCU Project）,。
 
圖6用MCU代碼管理器添加的新項目　　　　　　　　　　　　

編寫并編譯MCU源程序　　
      雙擊CosimProject下的main.asm輸入程序,，程序清單及注釋如下：
 
      由于匯編器是Metalink assembler，詳細的宏命令等可以參考其用戶手冊,。編寫好程序后,，選擇菜單MCU→MCU 8051 U1→Build，這里的下拉子菜單可能是“MCU 8051 U2”或“U3”,，主要對應電路圖中單片機的符號名稱,，Build的結(jié)果會輸出到Spreadsheet View中。

運行程序并用示波器觀察復位過程
　匯編程序編譯通過后,，就可以回到電路圖窗口,，點擊工具欄的運行按鈕，這時在七段數(shù)碼管上就應該循環(huán)顯示0到9,，如果顯示過快或過慢,，可以調(diào)整源程序中的COUNT_NUM，改變延時時間,，或雙擊U1,，在805x對話框的Value標簽里設(shè)置“時鐘速度”（Clock Speed）。
電路中為SPICE模型的C1和R1的作用是延長復位引腳保持高電平的時間,，避免因復位電壓持續(xù)時間過短而引起復位失敗,。雙擊示波器XSC1，按示波器面板上的POWER鍵,，打開示波器,，點擊工具欄的運行按鈕，這時調(diào)整示波器的電壓和時間刻度,，得到圖7所示的復位引腳電壓的變化,，每個刻度是100μs，高電平持續(xù)了大概一個刻度,，可見在加電時,，單片機沒有立刻運行，有一段延遲,，延遲的時間應該足以使其內(nèi)部電壓和振蕩都處于穩(wěn)態(tài),。按下復位鍵S1時的波形如圖8所示，這時每個刻度是50μs,，波形平頂?shù)牟糠质前存I按下的時間,，大概20μs，之后電壓逐漸降低,，當降到約3V時,，7段數(shù)碼管開始計數(shù),，說明單片機開始工作，由圖8可知復位時間被延長到大概100μs,。
 
      其原理是加電瞬間或按鍵按下到松開之間,，電容無電荷，兩端電壓為0V,，單片機的RST引腳的電壓瞬間被提升到VCC(5V),。加電之后或按鍵松開，電容開始充電,，兩端電壓逐漸增加,，電阻的電壓（RST引腳電壓）由5V逐漸降低，因而延長了復位引腳保持高電平的時間,。實際器件對復位持續(xù)時間的要求一般在兩個機器周期,，所以100微秒的復位時間要求51單片機的晶振頻率不低于0.24MHz。當然一般情況下是根據(jù)晶振頻率確定C1和R1的值,，這可以根據(jù)求解一階微分方程得到其充放電時間，或參考單片機的用戶手冊,。

調(diào)試程序
      選擇菜單MCU→MCU 8051 U1→Debug View,，可以看到文本區(qū)上面有下拉菜單并有兩種選擇，對應反匯編（disassembly）和列表匯編（listing assembly）,，簡單的說,，前者是由ROM的內(nèi)容得到，后者是源文件編譯后的結(jié)果,。雙擊“設(shè)計工具箱”的main.asm,，在源文件編輯窗口右鍵單擊語句為“MOVC A,@A+DPTR”的一行，選擇“設(shè)置/清除斷點”（Toggle Breakpoint）,在左側(cè)會出現(xiàn)一個實心圓,，點擊“運行”,，程序?qū)⑼Ｔ谠撔校徊贿^是在“調(diào)試視圖”（Debug View）的列表匯編窗口下,，同時在實心圓上多出了一個黃色箭頭,。點擊MCU-> MCU 8051 U1->Memory View，打開MCU存儲器視圖,，在該視圖可以查看特殊函數(shù)寄存器（SFR）,，內(nèi)部RAM(IRAM)，內(nèi)部ROM（IROM）,，外部RAM（XRAM）,。在SFR表格內(nèi)觀察ACC的值，此時應該為“00”,，在IRAM里觀察地址為21H的值,，因為“MOV SP,#20H”語句將21H作為堆棧的第一個存儲字節(jié)的地址,，斷點的前一處語句“PUSH ACC”使該字節(jié)存儲ACC的值，此時也為“00”,。再點“運行”,，程序第二次停在斷點處，觀察SFR中的ACC和IRAM中的21H,，如圖9所示應,，兩個單元格里的值都應為“01”，你還可以雙擊該單元格進行修改,，該值也正是七段數(shù)碼管即將顯示的下一個數(shù),。點擊MCU菜單，可以看到除了設(shè)置斷點以外還可單步進入（Step into）,，遇到函數(shù)時進入函數(shù)內(nèi)部,；跳過（Step over），即不進入函數(shù),；跳出（Step out）,，即跳出函數(shù)到調(diào)用函數(shù)的下一條語句?！　　　?br />  
圖9 MCU存儲器視圖

結(jié)束語
　本文以一個簡單的電路介紹了在NI Multisim下如何進行SPICE模型（這里主要指C1和R1）和8051 MCU的協(xié)同仿真,。NI Multisim10不但有多種編譯和調(diào)試功能，還提供了RAM,，ROM,，鍵盤，液晶屏等外設(shè),，是初學單片機的理想工具,。掌握了基本的硬件結(jié)構(gòu)，匯編指令和調(diào)試方法后,，讀者可以利用Multisim開發(fā)更復雜的系統(tǒng)并仿真,，為下一步設(shè)計實際的硬件電路做準備。
    說明：因為單片機的電流是有限制的,，不能太大,，否則會燒毀單片機的。所以應在數(shù)碼管的CA端和VCC端之間接一個限流電阻（100歐姆）,；或者在單片機與數(shù)碼管之間接入一個排阻（7個）也可以,，這樣仿真時就不會燒毀單片機了。