一、引言

單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，軟件調(diào)試遇到的各種問(wèn)題常令初學(xué)者感到不知所措。實(shí)際上。各種仿真開(kāi)發(fā)軟件的程序調(diào)試基本方法和技巧大同小異，掌握正確的程序調(diào)試基本技巧。對(duì)于排查這些程序錯(cuò)誤問(wèn)題可以起到舉一反三、事半功倍的效果。軟件調(diào)試是單片機(jī)技術(shù)人員必須掌握的重要基本技能。

下面以單片機(jī)常用開(kāi)發(fā)軟件Keil為例，通過(guò)一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)實(shí)例來(lái)介紹單片機(jī)軟件仿真與調(diào)試的方法。

二、Keil仿真與調(diào)試

點(diǎn)擊運(yùn)行軟件Keil uVision2.其調(diào)試操作步驟大體可以分為5步：

1.創(chuàng)建工程

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

①創(chuàng)建新工程。鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>New Project.彈出。Create New Project"對(duì)話框，用鼠標(biāo)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(hào)設(shè)置對(duì)話框中選擇單片機(jī)的型號(hào)（如"AT89C51"），單擊"確定"完成。

2.建立源程序文件并加入工程

①鼠標(biāo)左鍵單擊菜單。File一>New新建文件。

彈出圖1窗口。自動(dòng)進(jìn)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(xiàng)目任務(wù)】設(shè)計(jì)一種花樣彩燈程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)P1口驅(qū)動(dòng)相連的8個(gè)發(fā)光二極管依次循環(huán)點(diǎn)亮。

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

注意匯編源程序的擴(kuò)展名必須為asrn,C51源程序擴(kuò)展名必須為*.C.

④將源程序加入工程。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)"Target1"前的"+"號(hào)，展開(kāi)后右鍵單擊Source Group彈出快捷菜單，點(diǎn)擊"Add File to Group'SourceGroup 1"項(xiàng)彈出源程序加入工程對(duì)話框。選擇剛保存的用戶源程序exam.asm,點(diǎn)擊ADD按鈕加入工程，點(diǎn)擊Close關(guān)閉對(duì)話框。

3.工程參數(shù)設(shè)置

用鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>Options forTarget'Targetl彈出工程參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。關(guān)于工程參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容很多，篇幅所限，這里僅介紹通常需要設(shè)置的三個(gè)參數(shù)：

①設(shè)置CPU型號(hào)。前面已經(jīng)進(jìn)行了設(shè)置。

②在設(shè)置對(duì)話框的"Target"標(biāo)簽下"Xtal（Mhz）"處輸入單片機(jī)的晶振（如"12"）如圖2.

圖2單片機(jī)晶振的設(shè)置。

③在設(shè)置對(duì)話框的"Output"標(biāo)簽下，選中"Create HEX file"項(xiàng)。用以編譯生成可執(zhí)行的機(jī)器碼hex文件。如圖3所示。該hex文件可以通過(guò)編程器寫入或下載到單片機(jī)中運(yùn)行。

圖3生成可執(zhí)行hex文件的設(shè)置。

4.編譯源文件

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

若有語(yǔ)法錯(cuò)誤，輸出窗口將有相應(yīng)提示信息。

雙擊提示信息行，光標(biāo)會(huì)停留在源程序出錯(cuò)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(cuò)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(yǔ)法檢查功能，源程序中正確的指令關(guān)鍵詞將變顏色，沒(méi)變色的為輸入錯(cuò)誤，方便用戶查找語(yǔ)法錯(cuò)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(shuō)明源程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤已經(jīng)全部排除。注意：有Errors不能Debug,也不產(chǎn)生HEX碼，有Warning是允許的，可以運(yùn)行。

5.調(diào)試程序

源程序編譯通過(guò)，表明語(yǔ)法正確，卻并不能保證該程序能夠正確運(yùn)行。還需要對(duì)其邏輯功能進(jìn)行調(diào)試。Keil軟件具有很強(qiáng)的軟件仿真功能。

鼠標(biāo)左擊主菜單Debug一>Sta№top DebugSession子菜單或調(diào)試/編輯模式切換按鈕。進(jìn)入調(diào)試程序工作模式，軟件窗口如圖5所示。重復(fù)點(diǎn)擊該按鈕可以實(shí)現(xiàn)在編輯模式和調(diào)試模式之間進(jìn)行切換。

圖5程序調(diào)試運(yùn)行。

調(diào)試程序時(shí)的程序運(yùn)行控制按鈕從左到右依次為復(fù)位、連續(xù)運(yùn)行，暫停、單步、過(guò)程單步、執(zhí)行完當(dāng)前子程序、運(yùn)行到光標(biāo)當(dāng)前行。復(fù)位按鈕模擬芯片的復(fù)位，它將使程序回到最開(kāi)頭處執(zhí)行。當(dāng)程序處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)復(fù)位才有效，程序處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)停止按鈕才有效。

①為了方便觀察程序調(diào)試過(guò)程中各變量和RAM單元的中間結(jié)果。點(diǎn)擊主菜單View一>Watch&Call Stack Window和View一>Memory Window打開(kāi)觀察變量窗13和存儲(chǔ)器窗1:3進(jìn)行顯示。由于本例還要觀察P1 13的輸出變化，可以點(diǎn)擊主菜單Peripherals一>I/O-Ports一>Port 1打開(kāi)I/O 13 P1的觀察窗13.

②程序調(diào)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(jié)果是正確或錯(cuò)誤。但如果程序有錯(cuò)，則難以確認(rèn)具體出錯(cuò)地方。例如本例中點(diǎn)擊連續(xù)運(yùn)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(yùn)行出錯(cuò)，如圖6所示。

圖6程序調(diào)試時(shí)的連續(xù)運(yùn)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(shí)可以觀察該條指令執(zhí)行后得到的實(shí)際結(jié)果。對(duì)比分析是否與預(yù)期結(jié)果一致。

借此可以找到程序中的錯(cuò)誤原因所在。這種方式的缺點(diǎn)是需要時(shí)間長(zhǎng)，排查錯(cuò)誤效率很低。尤其當(dāng)程序很大時(shí)。

因此，對(duì)于用戶確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤的程序段可以采用連續(xù)運(yùn)行。對(duì)懷疑出錯(cuò)或容易出錯(cuò)的地方則單步執(zhí)行。對(duì)比排查錯(cuò)誤。這樣調(diào)試的效率將會(huì)高一些。

本例通過(guò)單步執(zhí)行。發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行過(guò)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(wú)變化，如圖7所示。對(duì)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(zhuǎn)移目的地址為DEL2,應(yīng)該改為DEL3.

圖7程序調(diào)試時(shí)的連續(xù)運(yùn)行。

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

此時(shí)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(diào)試通過(guò)后的正確運(yùn)行。

③斷點(diǎn)設(shè)置。

程序調(diào)試時(shí)。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(dá)到一定的值、按鍵被按下、有中斷產(chǎn)生等），這些條件往往是異步發(fā)生或難以預(yù)先設(shè)定的。這類問(wèn)題采用單步執(zhí)行的方法是很難調(diào)試的。這時(shí)可使用另一種重要的調(diào)試方法一斷點(diǎn)設(shè)置?？梢允褂肈ebug一>lnsert/RemoveBreakPoint設(shè)置或移除斷點(diǎn)。

斷點(diǎn)設(shè)置的方法有多種，常用的是在某一程序行設(shè)置斷點(diǎn)，設(shè)置好斷點(diǎn)后可以連續(xù)運(yùn)行程序。一旦執(zhí)行到該程序即停止，可在此觀察有關(guān)變量值，對(duì)比分析程序預(yù)期理想值，以確定問(wèn)題所在。

三、結(jié)束語(yǔ)

程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中通常情況下需要綜合運(yùn)用單步執(zhí)行、連續(xù)執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、觀察變量等各種程序調(diào)試方法。并不斷積累總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。這種程序調(diào)試能力也是衡量軟件開(kāi)發(fā)者水平高低的標(biāo)志之一。