[发明专利]一种8051单片机原理可视化演示的系统及方法

说明书

技术领域   

本发明涉及一种8051单片机原理可视化演示的系统及方法，属于实验教学仪器领域。

背景技术

目前的单片机实验教学仪器大部分基于“单片机+各种接口和外设”的架构，突出单片机丰富的应用功能，但在演示单片机内部组成和工作原理方面存在瓶颈。学生仅能从编程模型角度理解和使用单片机，缺乏对于单片机内部结构和工作原理深层次的理解，导致专业人才知识结构存在的“偏软怕硬”的缺陷。随着集成电路技术的飞速发展，未来的核心技术将逐渐从集成电路芯片的应用转向为设计。因此，从原理上弄懂单片机的组成和工作机制，比掌握某一型号单片机的应用更加重要。现有单片机实验教学仪器在对单片机原理的理解、单片机建模方法和原理演示手段等方面存在问题。

在2013年9月11日授权公告的实用新型专利CN203192291中，公开了一种单片机原理实验箱，其摘要如下：“本实用新型公开了一种单片机原理实验箱，属于教学仪器技术领域。其包括箱体和电源，所述箱体中设有主控制器模块、矩阵键盘模块、存储器模块、液晶显示器模块、数模模数转换模块、LED电平显示电路、逻辑电平开关电路、步进电机模块、可调模拟输入电路、蜂鸣器输入电路、串口通信模块、温度采集模块、红外遥控模块、继电器模块、无线通信模块、SIM300s彩信模块、各模块通过标准的电源接口与电源连接，各模块上设有连接端孔。本实验新型由于采用以上结构，同现有技术相比具有不仅可以提供传统的教学实验项目、还可以提供无线环境的红外遥控、无线环境彩信传送实验项目的优点。”

这一发明以增加外设模块的形式，丰富了传统单片机教学实验项目。但对单片机的原理和应用没有明确区分，未包含支持单片机内部组成和工作原理演示的软硬件模块和实验，在单片机原理展示方面有待改进。

2011年1月由潘明、黄继业等编著，清华大学出版社出版的《单片机原理与应用技术》一书讲解了基于单片机IP软核的片上系统构建及应用的知识。从片上系统构建的角度，运用单片机IP软核建模实现8051单片机功能，从而更进一步理解单片机原理。该书及配套的“单片机SOC实验开发系统”使用的单片机软核“CPU8051V1”是8052单片机CPU核且只给出软核的VQM（Verilog Quartus Mapping）文件，虽可用例化的方式直接调用，但看不到底层的Verilog源码，无法深层次地展示8051单片机内部结构和工作原理。

国外多家大学及开源组织提供了使用硬件描述语言编写的8051 代码，如：i8051、MC8051、oc8051。这些代码均开源，但其功能与Intel标准8051核存在一定差异，如汇编指令周期不匹配、模块功能被裁剪等。要通过学习这些IP核来完全掌握8051单片机原理存在一定技术门槛，不适合初学者学习。

针对现有单片机实验教学仪器在单片机原理演示方面存在的问题，本发明提供一种8051单片机原理可视化演示的系统及方法，利用虚实结合建模手段，全面、直观、实时地演示8051单片机内部组成及工作原理。

发明内容

本发明的目的是提供一种8051单片机原理可视化演示的系统及方法，利用虚实结合建模手段，全面、直观、实时地演示8051单片机内部组成及工作原理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现，结合附图，进行说明：

一种8051单片机原理可视化演示的系统包括：演示架（1）、三屏显示器（2）、面板（3）、PC机、单元模型（4）和导线。

所述的演示架（1）用于固定三屏显示器（2）和面板（3），搭建多媒体演示平台。

所述的三屏显示器（2）由3个独立的LCD显示器组成，从上到下依次是上屏、中屏和下屏。LED显示器具有支持一机三屏配置的接口，用于显示8051软核的时序图、结构图和源代码。

所述的面板（3）包括滑槽（5）和端孔（6），用于固定单元模型（4）和导线，面板（3）背部有电源和485通信总线，从面板右侧引入，延伸到各滑槽中。

所述的PC机包括支持一机三屏的显卡。运行Ubuntu操作系统，装有Modelsim、Debussy和上位机软件。