摘要：本文根据对8051单片机存储空间结构的深层次剖析，提出了一种根据单片机的单CPU仿真器规划计划。该计划有用廉价，工程实践性强，可用于规划新的教育设备。
导言
单片机以它的廉价、体积小、可塑性强、稳定性高的特性，有着宽广的商场前景。 在用单片机开发产品时，尽管许多厂家规划了可编程ISP单片机，可是从安全与快捷方面考虑，单片机仿真器仍然是开发人员不可或缺的东西。单片机仿真器在产品开发阶段可用来代替单片机进行软硬件调试，然后敏捷发现、纠正程序中的过错，大大缩短单片机开发的周期。但实践中仿真器过于贵重，因而，规划制造出一款廉价且有用的仿真器有着广泛的商场。
传统的单片机仿真器硬件体系一般有三种完结办法。一、选用专用仿真的单片机。二、选用两套单片机，一个单片机用于仿真，并完结比如通讯，中止等功用;另一个单片机则用于方针单片机，这样其资源不会被占用。三、用方针单片机作为仿真器，单片机即仿真器也作方针机的单片机用，其实质是一种ROM监控器。第三种办法会占用单片机的部分资源，但结构简略，关于特定的开发者来说，有用性强，性价比高，且易于自行制造。本文开发规划的仿真器正是根据第三种原理，奇妙完结了数据空间与程序空间的交换，规划出一款有用廉价的仿真器，工程实践性强。
原理及体系结构
仿真器作业时，要把程序从PC机下载到仿真器的存储器中。在此先详细剖析51单片的存储器结构和寻址办法，再剖析片外存储器的扩展，最终给出规划原理并剖析体系结构。
图1 存储空间散布
51单片机存储器结构剖析
8051 单片机的存储器在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间，共有4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器以及片内数据存储器、片外数据存储器空间。这种程序存储和数据存储分隔的结构方式被称为哈佛结构。但从用户的视点，8051存储器地址空间可分为3类：片内、片外一致编址 0000H~FFFFH的64KB程序存储器地址空间(用16位地址);64KB片外数据存储器地址空间，地址也从0000H~FFFFH(用16位地址)编址;256B片内数据存储器地址空间(用8位地址)。
上述4个存储空间地址是堆叠的，如图1所示。8051的指令体系规划了不同的数据传送指令以差异这4个不同的逻辑空间：CPU拜访片内、片外ROM指令用MOVC，拜访片外RAM指令用MOVX，拜访片内RAM指令用MOV。
程序存储器用于寄存编好的程序和表格常数。程序经过16位程序计数器寻址，寻址才能为64KB。这使得指令能在64KB的地址空间内恣意跳转，但不能使程序从程序存储器空间转移到数据存储器空间。
实践上，当引脚EA接高电平时，8051的程序计数器PC履行片内ROM中的程序，当指令地址超越片内ROM地址时，就主动转向片外ROM中去取指令。当引脚EA接低电平(接地)时，8051片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM中取指令，地址能够从0000H开端编址。8051从片内程序存储器和片外程序存储器取指时的履行速度相同。
存储器外扩
用 P0口作地址/数据复用总线，用P2口的口线作高位地址线，最多能够扩展64KB的存储器。操控信号线包含：运用ALE作为地址锁存的选通信号，以完结低 8位地址的锁存;以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号;以EA信号作为内、外程序存储器的挑选信号;以EA和作为扩展数据存储器和I/O端口的读、写选通信号。履行MOVX指令时，RD和WR信号别离主动有用。片外数据存储器RAM的读和写由8051的RD(P3.7)和WR(P3.6)信号操控，而片外程序存储器的输出答应(OE)由读选通PSEN信号操控。尽管片外数据存储器和片外程序存储器同处同一地址空间，但由于操控信号及运用的数据传送指令不同，故不会发生总线抵触。
图2 仿真器原理图
仿真器原理与结构
由于现在以8051为内核的单片机简直都带有内部的FLASH程序存储器。如本规划中要用到的AT89C51或AT89S51均自带4KB的FLASH程序存储器，有的单片机带有20KB乃至更大容量的程序存储器。因而在单片机开发中，很少用专门的程序存储器芯片来扩展外部程序存储器，一般也没有必要。根据以上这些要素，下面剖析本文中的仿真器完结的原理。
下载程序时，EA接高电平，单片机履行内部ROM中的程序，把PC机的程序数据下载到片外的RAM62256中;当程序数据下载完后，在坚持RAM62256不掉电的情况下，将单片机的EA接低电平，并把单片机复位。这样单片机就只能从片外存储器中读数据。然后使用RD与PSEN相“与”来选通RAM62256的读答应片选端OE，使得单片机能够从RAM62256中读出程序。这样就完结了仿真功用。由于单片机从片内程序存储器和片外程序存储器取指时的履行速度相同，所以这个规划计划下的仿真器功能比起传统仿真器毫不逊色。
总体系电路原理如图2所示，体系由单片机AT89C51、地址锁存器74LS373、片外存储器62256、接口电平转化芯片MAX232和相关操控电路组成。
其间AT89C51便是仿真器的核心部件，晶体振荡电路和复位电路与一般单片机体系相同。不同的是：EA接一个单刀双投开关，表面上没有扩展ROM。 RAM62256的与OE一般单片机体系的接法有所不同，体系中把RD与PSEN相“与”，令其选通RAM62256的读答应片选端OE，就能促进 RAM(留意：整个过程中RAM不掉电)由数据空间的人物向程序空间的人物转化。在履行MOVX指令时，发生RD，WR信号，写入程序信息。在履行RAM 中的程序时，由PSEN信号与RD信号选通RAM62256的OE端，完结从RAM62256中程序的读入。
软件规划
PC机(上位机)软件能够参阅Windows驱动程序开发、串口调试帮手等相关书本;也能够使用现成的KEIL C51的Windows集成开发环境~VISION51和软件仿真器DSCOPE51完结。
下位机软件的主要任务便是设置串口和接纳上位机串口发送来的数据，并将数据存入外部“数据”存储器中。
