基于Multisim的单片机仿真

Multisim补充实验二：

以单片机8051为核心的交通灯控制电路的仿真

如今的电子电路已经很少再由若干个硬件器件拼接而成，而更多的则是以单片机、DSP、FPGA或ARM等可编程器件为核心，进行相关的编程处理再辅以适当的外围电路来设计实现。Multisim从9.0版本开始，加入了MCU（Microprocessor Control Unit,，微处理机控制器）模块，使得该软件的实际应用能力得到了大大地增强。本例将通过以单片机8051为核心的交通灯控制电路的仿真设计说明其基本应用方法。

（注：本例选自黄培根等编著《Multisim10计算机虚拟仿真实验室》一书，北京：电子工业出版社，2008。如对MCU仿真设计有兴趣，还可参考聂典主编《Mumsim 9计算机仿真在电子电路设计中的应用》P460~472之范例。）

一、设计要求和分析

在道路的十字路口，为了有序地指挥车辆和行人正常通行，都架有红绿灯，“红灯停，绿行”，这是大家所熟悉的交通规则。实际的交通灯控制，除了红绿灯之外，在红绿灯之间还有一盏黄灯，它起一个过渡作用，即由红灯转换为绿灯或由绿灯转换为红灯之前，黄灯先闪亮几下，提醒正在通行的车辆行人加快通过道口，绿灯即将灭，红灯即将亮；同时也提醒另一方向正在路口等待的车辆行人，红灯即将灭，绿灯即将亮，准备通行；黄灯闪烁几次后，红灯亮转换为绿灯亮或绿灯转换为红灯亮。

根据以上十字路口红、黄、绿灯的工作情况，我们采用单片机模块8051实现交通灯控制。单片机模块8051需要的工作电源电压为5V；由于模块内已备晶振（默认振荡频率为12MHz），所以仿真外围电路可以省略晶振；外围需要加一只电容和一只电阻，实现单片机的上电复位功能；单片机输出利用Mumsim 10.1元件工具条中的3D元件，红色、黄色和绿色发光二极管各4只，组成南北方向和东西方向的指示灯，形象直观、生动有趣。交通灯控制框图如图1所示，交通灯控制电路原理图如图2所示。

图1交通灯控制框图

图2 交通灯控制电路原理图

在图2中，单片机模块8051的P0.0～P0.3四个引脚分别和东、西、南、北方向的四盏绿色指示灯相连；P0.4～P0.7四个引脚分别和东、西、南、北方向的四盏红色指示灯相连；而P1.0引脚串联接入南北方向两盏黄色指示灯；P1.1引脚串联接入东西方向两盏黄色指示灯。电容C1和啤阻R5组成简单的上电复位电路。

二、组建仿真电路

1．调出单片机模块8051

（1）单击电子仿真软件Multisim l0.1基本界面元件工具条上“Place MCU”按钮，如图3所示。

Place MCU

图3 元件工具条及“Place MCU”按钮

（2）在弹出“Select a Componet”对话框的“Family”栏中先选取“805x”，然后在“Componet'’栏下选取“8051”，最后单击对话框右上角的“OK”按钮，如图4所示。

图4选取“8051”

（3）)鼠标箭头将带出一个“8051”模块，如图5所示，在电子平台上单击鼠标，将先弹出MCU向导对话框之一，上面一栏是工作区路径，一般选用默认路径：C：\Program Files\ National Instruments＼Circuit Design Suite10.1\MCU Workspace＼下面一栏供你为工作区取

名，这里输入“My MCU design”，最后单击下方的“Next”按钮，如图6所示。

图5 鼠标箭头带出“8051”模块

图6 MCU向导对话框之一

（4）再次弹出MCU向导对话框之二，共有4栏选项，第一栏为项目类型，单击右侧下拉箭头，可以在“Standard(标准)”和“Load External Hex File(加载外部Hex文件，可在Kell 环境下编写程序生成Hex文件)”之间选择，这里选取“Standard(标准)”；第二栏选择编程语言种类，单击右侧下拉箭头，可以在“Assembly(汇编)”和“C”语言之间选择，这里选取“Assembly(汇编)”，则第三栏自动显示“8051／8052 Metalink assembler”；若选取“C”语言，则第三栏自动显示“Hi-Tech C51-Lite compiler”字样；第四栏可以输入项目名称，这里就用默认的“projectl”，最后单击下方的“Next'’按钮，如图7所示。

（5）再次弹出MCU向导对话框之三，有两个单选项：“Create empty project(创建空项目)”和“Add source file(添加源文件)”，这里选取“Add source file(添加源文件)”，下面栏中可以输入后缀为“.asm”的源文件名，这里就用默认的“main.asm”，最后单击下方的“Finish”按钮退出，如图8所示。

图7 MCU向导对话框之二

图8 MCU向导对话框之三

（6）完成MCU向导对话框之后，这时才在电子平台上显示出原来调出的单片机模块U18051，右击鼠标退出放置元件操作，如图9所示。

U1

8051P1B0T21P1B1T2EX 2P1B23P1B34P1B45P1B5MOSI 6P1B6MISO 7P1B7SCK 8RST 9P3B0RXD 10P3B1TXD 11P3B4T014P3B5T115XTAL2

18XTAL119GND 20P2B0A821

P2B1A922P2B2A1023P2B3A1124P2B4A1225P2B5A1326P2B6A1427P2B7A1528P0B7AD732P0B6AD633P0B5AD534P0B4AD435P0B3AD336P0B2AD237P0B1AD138P0B0AD039VCC 40P3B2INT012P3B3INT113P3B6WR 16P3B7RD 17PSEN 29ALEPROG 30EAVPP 31

图9 电子平台上放置了单片机模块U1 8051

（7）在电子仿真软件Multisim 10.1基本界面电子平台上，单击主菜单“File ／Save ”，如图10所示。

（8）将弹出如图11所示的保存文件对话框，系统默认路径仍然为：C ：\Program Files\National Instruments\Circuit DesignSuitel0.1\MCU Workspace\，在文件名栏中输入“交通 灯”，默认文件后缀为“.msl0”，最后单击“保存”按钮退出。

图10单击主菜单“File ／Save ”