一、引言

單片機軟件開發(fā)過程中，軟件調試遇到的各種問題常令初學者感到不知所措。實際上。各種仿真開發(fā)軟件的程序調試基本方法和技巧大同小異，掌握正確的程序調試基本技巧。對于排查這些程序錯誤問題可以起到舉一反三、事半功倍的效果。軟件調試是單片機技術人員必須掌握的重要基本技能。

下面以單片機常用開發(fā)軟件Keil為例，通過一個項目任務實例來介紹單片機軟件仿真與調試的方法。

二、Keil仿真與調試

點擊運行軟件Keil uVision2.其調試操作步驟大體可以分為5步：

1.創(chuàng)建工程

在項目開發(fā)中，并不是僅有一個用戶源程序就夠了，還要為這個項目選擇CPU型號、設置編譯和調試參數(shù)。有一些項目還會有多個文件組成。因此將這些參數(shù)設置和所需要的所有文件統(tǒng)稱為一個工程，存放于專門的工程文件夾下。這里先建立一個工程文件夾如F:exam.

①創(chuàng)建新工程。鼠標左鍵單擊主菜單Project一>New Project.彈出。Create New Project"對話框，用鼠標選擇你要保存工程的文件夾（如FAexam），輸入新工程名（如"exam"）。單擊"保存"按鍵。

②在隨后彈出的CPU型號設置對話框中選擇單片機的型號（如"AT89C51"），單擊"確定"完成。

2.建立源程序文件并加入工程

①鼠標左鍵單擊菜單。File一>New新建文件。

彈出圖1窗口。自動進入編輯工作模式。

圖1 源程序文件的建立與編輯

②在文本窗口中輸入和編輯用戶的源程序。

【項目任務】設計一種花樣彩燈程序，實現(xiàn)單片機P1口驅動相連的8個發(fā)光二極管依次循環(huán)點亮。

③單擊菜單。File一>Save as.彈出文件保存對話框，選擇工程文件夾（"F:exam"）。輸入源程序文件名（如"exam.asm"），點擊"保存"按鈕。

注意匯編源程序的擴展名必須為asrn,C51源程序擴展名必須為*.C.

④將源程序加入工程。用鼠標點擊圖標"Target1"前的"+"號，展開后右鍵單擊Source Group彈出快捷菜單，點擊"Add File to Group'SourceGroup 1"項彈出源程序加入工程對話框。選擇剛保存的用戶源程序exam.asm,點擊ADD按鈕加入工程，點擊Close關閉對話框。

3.工程參數(shù)設置

用鼠標左鍵單擊主菜單Project一>Options forTarget'Targetl彈出工程參數(shù)設置對話框。關于工程參數(shù)設置的內容很多，篇幅所限，這里僅介紹通常需要設置的三個參數(shù)：

①設置CPU型號。前面已經(jīng)進行了設置。

②在設置對話框的"Target"標簽下"Xtal（Mhz）"處輸入單片機的晶振（如"12"）如圖2.

圖2單片機晶振的設置。

③在設置對話框的"Output"標簽下，選中"Create HEX file"項。用以編譯生成可執(zhí)行的機器碼hex文件。如圖3所示。該hex文件可以通過編程器寫入或下載到單片機中運行。

圖3生成可執(zhí)行hex文件的設置。

4.編譯源文件

鼠標左鍵單擊主菜單Project一>Built target或快捷按鈕編譯文件。

若有語法錯誤，輸出窗口將有相應提示信息。

雙擊提示信息行，光標會停留在源程序出錯處。如圖4所示。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：本程序第3條DJNZ指令被錯誤輸入成了DJNA.用戶可根據(jù)提示修改源程序，然后再次編譯。注意。Keil具有語法檢查功能，源程序中正確的指令關鍵詞將變顏色，沒變色的為輸入錯誤，方便用戶查找語法錯誤。

圖4源文件的編譯。

若編譯后輸出信息窗13顯示"0 Errors（s），0Warning（s）",則說明源程序的語法錯誤已經(jīng)全部排除。注意：有Errors不能Debug,也不產生HEX碼，有Warning是允許的，可以運行。

5.調試程序

源程序編譯通過，表明語法正確，卻并不能保證該程序能夠正確運行。還需要對其邏輯功能進行調試。Keil軟件具有很強的軟件仿真功能。

鼠標左擊主菜單Debug一>Sta№top DebugSession子菜單或調試/編輯模式切換按鈕。進入調試程序工作模式，軟件窗口如圖5所示。重復點擊該按鈕可以實現(xiàn)在編輯模式和調試模式之間進行切換。

圖5程序調試運行。

調試程序時的程序運行控制按鈕從左到右依次為復位、連續(xù)運行，暫停、單步、過程單步、執(zhí)行完當前子程序、運行到光標當前行。復位按鈕模擬芯片的復位，它將使程序回到最開頭處執(zhí)行。當程序處于停止狀態(tài)時復位才有效，程序處于運行狀態(tài)時停止按鈕才有效。

①為了方便觀察程序調試過程中各變量和RAM單元的中間結果。點擊主菜單View一>Watch&Call Stack Window和View一>Memory Window打開觀察變量窗13和存儲器窗1:3進行顯示。由于本例還要觀察P1 13的輸出變化，可以點擊主菜單Peripherals一>I/O-Ports一>Port 1打開I/O 13 P1的觀察窗13.

②程序調試。

程序可以單步執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行。連續(xù)執(zhí)行是指一條指令執(zhí)行完后接著連續(xù)立即執(zhí)行下一條，中間不停止。這樣程序執(zhí)行的速度很快?？梢钥吹匠绦驁?zhí)行的總體效果。即最終結果是正確或錯誤。但如果程序有錯，則難以確認具體出錯地方。例如本例中點擊連續(xù)運行按鈕后。P1口輸出01H后便始終保持不變。這顯然與花樣彩燈程序的循環(huán)顯示要求不符。程序運行出錯，如圖6所示。

圖6程序調試時的連續(xù)運行。

單步執(zhí)行指每執(zhí)行完一條指令后即停止。等待命令執(zhí)行下一行程序，此時可以觀察該條指令執(zhí)行后得到的實際結果。對比分析是否與預期結果一致。

借此可以找到程序中的錯誤原因所在。這種方式的缺點是需要時間長，排查錯誤效率很低。尤其當程序很大時。

因此，對于用戶確認沒有錯誤的程序段可以采用連續(xù)運行。對懷疑出錯或容易出錯的地方則單步執(zhí)行。對比排查錯誤。這樣調試的效率將會高一些。

本例通過單步執(zhí)行。發(fā)現(xiàn)程序運行過程中循環(huán)變量R3的值總在250和249之間變化，而且R1、R2、R7均始終無變化，如圖7所示。對比程序分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了死循環(huán)。原因在于第1條"DJNZR3,DEL2"的轉移目的地址為DEL2,應該改為DEL3.

圖7程序調試時的連續(xù)運行。

回到編輯狀態(tài)，修改為"DJNZ R3,DEL3",編譯后再次進入調試工作模式時，發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)排除。

此時P1 1:3的輸出僅1位高電平。且依次向左循環(huán)移位。R1、R2、R3、R7正常遞減變化。如圖8所示。

圖8花樣彩燈程序調試通過后的正確運行。

③斷點設置。

程序調試時。一些程序行必須滿足一定的條件才能被執(zhí)行到（如程序中某變量達到一定的值、按鍵被按下、有中斷產生等），這些條件往往是異步發(fā)生或難以預先設定的。這類問題采用單步執(zhí)行的方法是很難調試的。這時可使用另一種重要的調試方法一斷點設置?？梢允褂肈ebug一>lnsert/RemoveBreakPoint設置或移除斷點。

斷點設置的方法有多種，常用的是在某一程序行設置斷點，設置好斷點后可以連續(xù)運行程序。一旦執(zhí)行到該程序即停止，可在此觀察有關變量值，對比分析程序預期理想值，以確定問題所在。

三、結束語

程序開發(fā)過程中通常情況下需要綜合運用單步執(zhí)行、連續(xù)執(zhí)行、設置斷點、觀察變量等各種程序調試方法。并不斷積累總結調試經(jīng)驗。這種程序調試能力也是衡量軟件開發(fā)者水平高低的標志之一。