单片微型计算机(MCU)经过多年的发展,在性能上有很大的进步,在型号上发展到上千种类,已经广泛应用于人类社会生活的各个领域。单片机课程已经成为高校计算机、自动化、测控以及电子信息工程等专业的重要课程。该课程是一门理论性和实践性都很强的课程,在实际教学中,应将理论教学和实验教学紧密结合。学生在掌握理论知识之余,必须通过编写程序、设计硬件电路、仿真、调试这一系列的实验过程,才能更好地掌握单片机的结构原理和应用技能。随着单片机及其接口技术的飞速发展,目前市场上供应的编程仿真实验资源并不能完全满足高校单片机课程教与学的需求,构建低成本、技术先进、源码公开的单片机编程仿真实验系统,对我国单片机课程的教学和单片机领域人才的培养具有重要的现实意义。本论文结合目前教学中对单片机编程仿真实验系统的实际需求,采用模块化结构设计思想,精心设计和开发了单片机编程仿真实验系统。该单片机编程仿真实验系统由PC机端单片机编程控制软件和单片机编程仿真实验板两部分组成。PC机端的单片机编程控制软件可以自动检测到连接到单片机编程仿真实验板上的单片机,控制单片机编程器擦除、写入、读出、校验目标单片机ROM中的程序,以十六进制文件(.HEX文件)格式显示在控制界面内;单片机仿真实验系统能够把写入单片机的程序实时地运行,并呈现实际运行效果。单片机编程控制软件和单片机仿真实验板组成一个完整的单片机编程仿真实验系统。该单片机编程仿真实验系统的编程控制软件是在Visual C++ IDE环境下开发的,单片机编程仿真实验板上的MCU采用了美国Atmel公司推出的应用广泛、兼容性强、功能强大、价格低廉的AT89S系列单片机,该系列单片机内部除了集成了传统单片机的基本功能部件外,还集成了在系统可编程(ISP)功能,ISP功能为单片机的应用和产品的升级换代带来了极大方便。选择该MCU有效降低了系统的技术度和成本,同时提高了系统的可靠性。该单片机编程仿真实验系统性能稳定,综合功能极强,它集编程、仿真、实验于一体,可以进行系统全面的单片机实验项目的学习。模块化的设计思想,使单片机编程仿真实验系统各功能单独实现,利用该编程仿真实验系统,可以从原理上学习单片机编程的过程,实时查询单片机子程序库,进行本系统提供实例的仿真。能胜任学生的课程实验、毕业设计、电子设计竞赛等各个不同的实验与实践阶段,有利于实验者自主开发实验,有利于培养学生的创新精神和创造能力。文中首先论述了开发单片机编程仿真实验系统的必要性、可行性,介绍了单片机编程仿真实验系统的组成以及各个模块的设计原理和实现方法,并对论文工作重点做了说明;然后论述了模块化单片机编程仿真实验系统总体设计,主要完成了编程仿真MCU选型、系统功能描述、总体逻辑结构的设计实现以及单片机编程仿真实验系统编程控制软件的实现;全文分三个模块对单片机仿真实验系统进行介绍,即:编程控制部分、子程序查询部分和编程仿真实验部分。阐述了单片机编程仿真实验板的设计,包括编程器设计、ISP在线编程功能设计、以及基本仿真实验模块部分的设计,对各部分的工作原理进行了说明,给出了具体的硬件电路连接原理图;最后论述了利用该系统改进单片机实验教学的方法,通过一些具体的实验,介绍了单片机编程仿真实验系统的操作实验过程并对本文作了系统总结。