摘要：51内核单片机在线仿真调试是一种替代专业仿真器的有用手法。运用ISP/IAP办法和STC Monitor-51监控程序，以及单片机集成开发环境Keil C51的在线仿真功用的支撑，STC公司的IAP15F2K61S2单片机完结了在线仿真调试功用，为单片机教育和运用开发供给了一条新的途径。
导言
当今许多院校中，单片机的教育仍以经典的51内核单片机为主。其试验与运用开发中最重要的环节是软、硬件归纳调试，一般选用的办法首要有两种：一种是运用仿真器，长处是功用完全，可是价格较高，一般厂家研制选用;另一种是运用软件仿真和芯片直接烧写验证的办法，其本钱尽管低，但在程序或硬件呈现疑难问题时，很难找到原因。
实际上，还有一种本钱低且具有在线仿真调试功用的技能是在线仿真调试，它特别合适初学者。“在线仿真调试”是指：经过Keil C51编译器，结合单片机中的监控程序，对体系的运用程序和硬件进行仿真调试，能够让单片机以单步、断点、全速等运转形式来履行程序。在线仿真调试是单片机运用开发进程中的高效办法，国内STC公司的51内核单片机IAP15F2K61S2便具有在线仿真调试功用。
1 在线仿真调试概述
Keil C51编译器开放了调试器与方针芯片的接口，只需芯片厂商供给自己特有的驱动程序(动态链接库DLL)，就能使Keil调试器在不改动图形界面的情况下支撑相应的硬件仿真调试。
STC Monitor-51是STC公司开发的内嵌Keil C51编译器的方针体系调试模块，它是一个实时监控程序，可运用PC机的USB口与方针端进行通讯。在线仿真调试体系的结构示意图如图1所示。
PC机端由Keil调试器和STC Monitor-51的驱动程序stcmon51.DLL组成，stcmon51.DLL是STC公司自主开发的Keil仿真驱动协议，功用比较于 Keil自带的Mon51.DLL有较大的打破，例如：更改通讯接口为真实的USB口，支撑Keil Flash Download功用，支撑软件复位，增加断点数量等。方针端由USB转串口芯片CH340、51内核单片机及STC Monoitor-51监控程序组成。Keil调试器将用户的调试指令经过PC机的USB口传送给方针端;方针端的USB转串口芯片将其转换为TTL电平后发送给单片机，最后由单片机中驻留的STC Monitor-51监控程序剖析并履行。
2 在线仿真调试完结
2.1 IAP15F2K61S2的存储器结构
STC Monitor-51具有载入并履行用户程序的功用，所以要求单片机的程序存储器为Flash ROM，并具有ISP功用。ISP(In System Programming，在体系编程)指电路板上器材不必取出，就能够写入用户代码，现已编程的芯片也能够用ISP方法擦除或再编程。
IAP15F2K61S2单片机的程序存储器与数据存储器是独立编址的。IAP15F2K61S2单片机内部在物理上有4个彼此独立的存储器空间;程序存储器(程序Flash)、片内根本RAM、片内扩展RAM与EEPROM(数据Flash)。IAP15F2K61S2单片机片内集成了61 KB的程序Flash存储器，其地址为0000H～F3FFH。用户能够运用的最大程序空间为55 KB，整个程序Flash存储器的分布图如图2所示。
许多单片机在出厂时现已将具有Boot loader功用的程序固化在体系区中，因而无需编程器就可经过ISP下载软件将用户程序下载到Flash ROM中。STC公司的单片机能够进行ISP串行下载程序，便是由于体系区中有芯片出厂时就现已固化的ISP引导码。假如想要下载运用程序至单片机，先要在下载软件界面进步行相应挑选，然后再上电，当单片机检测到上位机中有特定的下载条件时，便启用ISP下载功用将程序下载至用户程序区;不然，单片机便会从用户运用程序区中开端履行代码。
STC公司的最新ISP下载软件stc-isp-15xx-v6.77.exe还能够将STC Monoitor-51监控程序下载到监控程序区，然后完结在线仿真调试功用。
2.2 IAP15F2K61S2的ISP和IAP完结
在线仿真调试功用的完结依赖于用户体系内部的监控程序和PC机上的下载程序。其详细完结首要运用IAP(In Applicatin Programming，在运用编程)技能，即在程序运转时程序存储器可由程序本身进行擦写。IAP15F2K61S2单片机的IAP功用，与以下几个特别功用寄存器有关。
IAP_DATA：ISP/IAP数据寄存器，从Flash读出的数据放在此处，写入Flash的数据也需放在此处。
IAP_ADDRH：ISP/IAP地址寄存器高8位。
IAP_ADDRL：ISP/IAP地址寄存器低8位。
IAP_CMD：ISP/IAP指令寄存器，须IAP_TRIG触发方可收效。
IAP_TRIG：ISP/IAP指令触发寄存器。
IAP_CONTR：ISP/IAP操控寄存器。
当IAPEN(IAP_CONTR.7)=1时，只要对IAP_TRIG先写入0x5A、再写入0xA5，ISP/IAP指令才会收效。
ISP/IAP操作完结后，IAP指令寄存器、IAP地址高8位地址寄存器和低8位地址寄存器的内容都不变。假如需求对下一个地址的数据进行 ISP/IAP操作，则要手动将该地址的高8位和低8位对应写入地址寄存器中。每次进行IAP操作时，都要对IAP_TRIG先写入0x5A，再写入 0xA5，ISP/IAP指令才会收效。
ISP/IAP指令寄存器IAP_CMD的格局如表1所列。经过对指令寄存器IAP_CMD的MS1和MS0位进行赋值，能够完结相应功用。
IAP15F2K61S2程序在用户运用程序区时，不只能够对数据Flash区(EEPROM)进行字节读、字节编程和扇区擦除，并且能够修正用户运用程序区。扇区擦除程序示意性代码如下所示，其他ISP/IAP操作相似。
IAP_ADDRH=EE_address/256; //送扇区地址高字节(地址需求改动时才需从头送地址)
IAP_ADDRL=EE_address%256; //送扇区地址低字节(512字节/扇区)
IAP_CONTR=0xS0; //设置等待时间，答应ISP/IAP操作，送一次就够
IAP_CMD=3; //送扇区擦除指令，指令不需改动时，不需从头送指令
IAP_TRIG=0x5A;
IAP_TRIG=0xA5; //ISP/IAP触发指令
2.3 监控程序
为合作Keil调试器的硬件仿真调试，监控程序应具有相应的单步、断点设置、ID读取等功用。仿真开端时，监控程序接纳指令，判别相应的功用操作，再履行。STCMonoit or-51监控程序只能在程序中给定点处监测，调试时需求占用程序空间，归于一种侵入式的调试，其作业流程如图3所示。
2.4 IAP15F2K61S2在线仿真调试进程
曾经的51内核单片机在线仿真调试时，需求依据硬件结构，修正运用程序和Keil C51集成开发环境的参数，初学者不易把握，然后影响遍及推行。STC公司的IAP15F2K61S2是非常易用的在线仿真调试芯片，只需运用最新ISP 下载软件stc-isp-15xx-v6.77.exe，将监控程序下载到单片机中，就可轻松地完结在线仿真调试功用。IAP15F2K61S2线仿真调试进程如下。
2.4.1 装置仿真驱动
运转ISP下载软件stc-isp-15xx-v6.77.exe，在“Keil仿真设置”页面中单击“增加MCU类型到Keil中”按钮，在呈现的目录挑选窗口中，确认到Keil的装置目录(一般可能为“C：\Keil\”)。增加头文件的一起也会装置STC的STC Monitor-51仿真驱动stcmon51.DLL。
2.4.2 创立仿真芯片
将一颗IAP15F2KG1S2经过方针板衔接到电脑的USB口，然后在“Keil仿真设置”页面中单击“将IAP15F2K61S2设置为仿真芯片”按钮，再给方针板上电，当程序下载完结后仿真器便制造完结。
2.4.3 创立项目工程
若上一步的驱动装置成功，则在Keil中新建项目工程、挑选芯片类型时，便会有“STC MCU Database”的挑选项，然后从列表中挑选相应的MCU类型(现在STC支撑仿真的类型只要STC15F2K60S2)，单击“确认”完结挑选，再按Keil的一般运用办法增加源程序到项目工程中，若编译无误，则能够进行下面的项目设置。
2.4.4 硬件仿真驱动挑选
挑选Project中的Opertions for Target’Target1’，进入“Debug”设置页，在右侧的硬件仿真驱动下拉列表中挑选“STC Monitor-51 Driver”项，然后单击“Settin gs”按钮，对串口的端口号和波特率进行设置，波特率一般挑选115 200或许57 600。到此设置便完结了。
2.4.5 在线仿真调试
在这个Keil工程下，按下“Ctrl+F5”即可开端在线仿真调试。若硬件衔接无误，将会进入到相似于常用的软件调试，并在指令输出窗口显现当时的仿真驱动版本号和当运转、全速运转等进行仿真调试。调试中的注意事项首要有：断点设置的个数不要太多，不然会影响调试速度;若仿真源代码为汇编程序，则第一条句子有必要是长跳转句子，不能运用其他句子;仿真中，不能运用与P3.0和P3.1引脚相关的中止和功用。
结语
结合IAP15F2K61S2单片机与监控程序STC Monoitor-51、Keil C51集成开发软件，供给了一种本钱低、功用强的在线硬件仿真调试技能，降低了运用单片机开发工具的门槛，特别适用于单片机初学者以及校园的教育活动，也为选用51内核单片机进行运用开发带来了极大便当，只需下载监控代码就能够进行在线仿真调试。
