STC Monitor 51的單片機在線仿真調試＊

朱志偉

（長沙民政職業技術學院電子信息工程學院，長沙 410004）

STC Monitor 51的單片機在線仿真調試＊

朱志偉

（長沙民政職業技術學院電子信息工程學院，長沙 410004）

51內核單片機在線仿真調試是一種取代專業仿真器的有效手段。利用ISP/IAP方法和STC Monitor-51監控程序，以及單片機集成開發環境Keil C51的在線仿真功能的支持，STC公司的IAP15F2K61S2單片機實現了在線仿真調試功能，為單片機教學和應用開發提供了一條新的途徑。

IAP15F2K61S2；STC Monitor-51；在線仿真；監控程序

引 言

當今很多院校中，單片機的教學仍以經典的51內核單片機為主。其實驗與應用開發中最重要的環節是軟、硬件綜合調試，通常采用的方法主要有兩種：一種是使用仿真器，優點是功能齊全，但是價格較高，一般廠家研發采用；另一種是使用軟件仿真和芯片直接燒寫驗證的方法，其成本雖然低，但在程序或硬件出現疑難問題時，很難找到原因。

實際上，還有一種成本低且具有在線仿真調試功能的技術是在線仿真調試，它特別適合初學者?！霸诰€仿真調試”是指：通過Keil C51編譯器，結合單片機中的監控程序，對系統的應用程序和硬件進行仿真調試，可以讓單片機以單步、斷點、全速等運行模式來執行程序。在線仿真調試是單片機應用開發過程中的高效方法，國內STC公司的51內核單片機IAP15F2K61S2便具有在線仿真調試功能。

1 在線仿真調試概述

Keil C51編譯器開放了調試器與目標芯片的接口，只要芯片廠商提供自己特有的驅動程序（動態鏈接庫DLL），就能使Keil調試器在不改變圖形界面的情況下支持相應的硬件仿真調試。

STC Monitor-51是STC公司開發的內嵌Keil C51編譯器的目標系統調試模塊，它是一個實時監控程序，可利用PC機的USB口與目標端進行通信。在線仿真調試系統的結構示意圖如圖1所示。

圖1 在線仿真調試系統的結構示意圖

PC機端由Keil調試器和STC Monitor-51的驅動程序stcmon51.DLL組成，stcmon51.DLL是STC公司自主開發的Keil仿真驅動協議，功能相比于Keil自帶的Mon51.DLL有較大的突破，例如：更改通信接口為真正的USB口，支持Keil Flash Download功能，支持軟件復位，增加斷點數量等。目標端由USB轉串口芯片CH340、51內核單片機及STC Monoitor-51監控程序組成。Keil調試器將用戶的調試指令通過PC機的USB口傳送給目標端；目標端的USB轉串口芯片將其轉換為TTL電平后發送給單片機，最后由單片機中駐留的STC Monitor-51監控程序分析并執行。

2 在線仿真調試實現

2.1 lAP15F2K61S2的存儲器結構

STC Monitor-51具有載入并執行用戶程序的功能，所以要求單片機的程序存儲器為Flash ROM，并具有ISP功能。ISP（In System Programming，在系統編程）指電路板上器件不用取出，就可以寫入用戶代碼，已經編程的芯片也可以用ISP方式擦除或再編程。

IAP15F2K61S2單片機的程序存儲器與數據存儲器是獨立編址的。IAP15F2K61S2單片機內部在物理上有4個相互獨立的存儲器空間：程序存儲器（程序Flash）、片內基本RAM、片內擴展RAM與EEPROM（數據Flash）。IAP15F2K61S2單片機片內集成了61KB的程序Flash存儲器，其地址為0000H～F3FFH。用戶可以使用的最大程序空間為55KB，整個程序Flash存儲器的分布圖如圖2所示。

圖2 lAP15F2K61S2程序Flash存儲器的分布圖

很多單片機在出廠時已經將具有Boot loader功能的程序固化在系統區中，因此無需編程器就可通過ISP下載軟件將用戶程序下載到Flash ROM中。STC公司的單片機可以進行ISP串行下載程序，就是因為系統區中有芯片出廠時就已經固化的ISP引導碼。如果想要下載應用程序至單片機，先要在下載軟件界面上進行相應選擇，然后再上電，當單片機檢測到上位機中有特定的下載條件時，便啟用ISP下載功能將程序下載至用戶程序區；否則，單片機便會從用戶應用程序區中開始執行代碼。

STC公司的最新ISP下載軟件stc-isp-15xx-v6. 77.exe還可以將STC Monoitor-51監控程序下載到監控程序區，從而實現在線仿真調試功能。

2.2 lAP15F2K61S2的lSP和lAP實現

在線仿真調試功能的實現依賴于用戶系統內部的監控程序和PC機上的下載程序。其具體實現主要利用IAP（In Applicatin Programming，在應用編程）技術，即在程序運行時程序存儲器可由程序自身進行擦寫。IAP15F2K61S2單片機的IAP功能，與以下幾個特殊功能寄存器有關。

IAP＿DATA：ISP/IAP數據寄存器，從Flash讀出的數據放在此處，寫入Flash的數據也需放在此處。

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命令寄存器，須IAP＿TRIG觸發方可生效。

IAP＿TRIG：ISP/IAP命令觸發寄存器。

IAP＿CONTR：ISP/IAP控制寄存器。

當IAPEN（IAP＿CONTR.7）=1時，只有對IAP＿TRIG先寫入0x5A、再寫入0xA5，ISP/IAP命令才會生效。

ISP/IAP操作完成后，IAP命令寄存器、IAP地址高8位地址寄存器和低8位地址寄存器的內容都不變。如果需要對下一個地址的數據進行ISP/IAP操作，則要手動將該地址的高8位和低8位對應寫入地址寄存器中。每次進行IAP操作時，都要對IAP＿TRIG先寫入0x5A，再寫入0xA5，ISP/IAP命令才會生效。

ISP/IAP命令寄存器IAP＿CMD的格式如表1所列。通過對命令寄存器IAP＿CMD的MS1和MS0位進行賦值，可以實現相應功能。

表1 lAP＿CMD模式選擇

IAP15F2K61S2程序在用戶應用程序區時，不僅可以對數據Flash區（EEPROM）進行字節讀、字節編程和扇區擦除，而且可以修改用戶應用程序區。扇區擦除程序示意性代碼如下所示，其他ISP/IAP操作類似。

2.3 監控程序

為配合Keil調試器的硬件仿真調試，監控程序應具備相應的單步、斷點設置、ID讀取等功能。仿真開始時，監控程序接收命令，判斷相應的功能操作，再執行。STC Monoitor-51監控程序只能在程序中給定點處監測，調試時需要占用程序空間，屬于一種侵入式的調試，其工作流程如圖3所示。

圖3 STC Monoitor-51監控程序工作流程圖

2.4 lAP15F2K61S2在線仿真調試過程

以前的51內核單片機在線仿真調試時，需要根據硬件結構，修改應用程序和Keil C51集成開發環境的參數，初學者不易掌握，從而影響普及推廣。STC公司的IAP15F2K61S2是十分易用的在線仿真調試芯片，只需利用最新ISP下載軟件stc-isp-15xx-v6.77.exe，將監控程序下載到單片機中，就可輕松地實現在線仿真調試功能。IAP15F2K61S2線仿真調試過程如下。

2.4.1 安裝仿真驅動

運行ISP下載軟件stc-isp-15xx-v6.77.exe，在“Keil仿真設置”頁面中單擊“添加MCU型號到Keil中”按鈕，在出現的目錄選擇窗口中，確定到Keil的安裝目錄（一般可能為“C：Keil”）。添加頭文件的同時也會安裝STC的STC Monitor-51仿真驅動stcmon51.DLL。

2.4.2 創建仿真芯片

將一顆IAP15F2K61S2通過目標板連接到電腦的USB口，然后在“Keil仿真設置”頁面中單擊“將IAP15F2K61S2設置為仿真芯片”按鈕，再給目標板上電，當程序下載完成后仿真器便制作完成。

2.4.3 創建項目工程

若上一步的驅動安裝成功，則在Keil中新建項目工程、選擇芯片型號時，便會有“STC MCU Database”的選擇項，然后從列表中選擇相應的MCU型號（目前STC支持仿真的型號只有STC15F2K60S2），單擊“確定”完成選擇，再按Keil的一般使用方法添加源程序到項目工程中，若編譯無誤，則可以進行下面的項目設置。

2.4.4 硬件仿真驅動選擇

選擇Project中的Opertions for Target＇Target1＇，進入“Debug”設置頁，在右側的硬件仿真驅動下拉列表中選擇“STC Monitor-51Driver”項，然后單擊“Settings”按鈕，對串口的端口號和波特率進行設置，波特率一般選擇115 200或者57 600。到此設置便完成了。

2.4.5 在線仿真調試

在這個Keil工程下，按下“Ctrl+F5”即可開始在線仿真調試。若硬件連接無誤，將會進入到類似于常用的軟件調試，并在命令輸出窗口顯示當前的仿真驅動版本號和當前仿真監控代碼固件的版本號，可以選擇單步運行、斷點運行、全速運行等進行仿真調試。調試中的注意事項主要有：斷點設置的個數不要太多，否則會影響調試速度；若仿真源代碼為匯編程序，則第一條語句必須是長跳轉語句，不能使用其他語句；仿真中，不能使用與P3.0和P3.1引腳相關的中斷和功能。

結 語

結合IAP15F2K61S2單片機與監控程序STC Monoitor-51、Keil C51集成開發軟件，提供了一種成本低、功能強的在線硬件仿真調試技術，降低了使用單片機開發工具的門檻，特別適用于單片機初學者以及學校的教學活動，也為選用51內核單片機進行應用開發帶來了極大便利，只需下載監控代碼就可以進行在線仿真調試。

［1］丁向榮.基于IAP在線仿真技術提升單片機實驗技術水平［J］.實驗技術與管理，2014，31（3）：82-84.

［2］深圳宏晶科技有限公司.STC15F2K60S2系列

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Online Simulation Debugging of MCU Based on STC Monitor-51

Zhu Zhiwei
（School of Electronic Information Engineering，Changsha Social Work College，Changsha 410004，China）

Online simulation debugging of 8051is an effective means to replace the professional simulator.By using the ISP/IAP method，the monitoring program of STC Monitor-51，and the online simulation function integrated in Keil C51，IAP15F2K61S2MCU of STC company realizes the online simulation debugging function，which provides a new way for the development and application of microcontroller teaching.

IAP15F2K61S2；STC Monitor-51；online simulation；monitoring program

TP391.9

A

2013年度湖南省科技計劃項目（項目編號：2013GK3049）。