前面一課設(shè)計(jì)了51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，使用51單片機(jī)的I/O口控制發(fā)光二極管的狀態(tài)，并裝載運(yùn)行了使用keil編寫的嵌入式程序。本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用proteus結(jié)合keil對(duì)嵌入式C程序進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試。

關(guān)于上次實(shí)驗(yàn)遺留的問題

在上次實(shí)驗(yàn)中，我們遺留了一個(gè)問題沒有解決。觀察上次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，單片機(jī)P0口的所有位顏色為灰色方塊，表示該端口的電壓為不確定狀態(tài)。

為什么P0口所有位的電壓為不確定狀態(tài)呢？因?yàn)镻0同P1、P2、P3的I/O口電路不同，P1、P2、P3屬于帶上拉電阻（將I/O不確定的電位鉗位在高電平，同時(shí)起限流作用）型的I/O口，當(dāng)單片機(jī)加電后I/O被鉗位在高電平，P0不帶上拉電阻，因此I/O的電位不確定。

若需要把P0口鉗位在高電平，只需要將P0口外接一個(gè)上拉電阻即可，上拉電阻的阻值一般設(shè)置為4.7K，也可以根據(jù)負(fù)載大小選擇合適的阻值。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

在開發(fā)嵌入式程序過程中，源代碼級(jí)的仿真調(diào)試可以幫助開發(fā)者快速定位問題代碼，糾正程序錯(cuò)誤，極大提高開發(fā)效率。本次實(shí)驗(yàn)在前面實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，將proteus和keil結(jié)合在一起，在proteus仿真調(diào)試嵌入式程序的過程中，能夠?qū)?zhí)行點(diǎn)定位到程序源代碼行，在源代碼級(jí)別跟蹤執(zhí)行程序。

實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟如下：①輸出可以進(jìn)行源代碼調(diào)試的OMF文件；②配置基于源代碼仿真調(diào)試環(huán)境；③執(zhí)行調(diào)試，單步跟蹤代碼，查看和驗(yàn)證程序執(zhí)行結(jié)果。

輸出可以進(jìn)行源代碼調(diào)試的OMF文件

啟動(dòng)keil開發(fā)工具，打開前面課程建立的項(xiàng)目文件,修改項(xiàng)目?jī)?nèi)的C源文件代碼。

#include
sbit led1 = P1^0;
void main()
{
       led1 = 0;
       led1 = 1;
       led1 = 0;
       led1 = 1;
}

main()函數(shù)修改為四條語(yǔ)句，對(duì)P1端口的第0位led1進(jìn)行賦0或賦1操作。第1條語(yǔ)句將led1端口賦值為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，第2條語(yǔ)句將led1端口賦值為高電平，此時(shí)發(fā)光二極管不再處于被點(diǎn)亮狀態(tài)。第3條和第4條語(yǔ)句分別重復(fù)了第1條和第2條語(yǔ)句。

代碼跟蹤調(diào)試時(shí)，從第1條語(yǔ)句開始跟蹤，單步執(zhí)行到第4條語(yǔ)句，觀察發(fā)光二極管的狀態(tài)和led1端口的狀態(tài)。

proteus源代碼仿真調(diào)試需要Keil編譯后輸出omf文件，在Keil工作窗口，展開【Project】菜單，選擇“Options for Targets”命令，在彈出的對(duì)話框中，選擇“Output”標(biāo)簽頁(yè)，確定在“Name of Executable”輸入域輸入了omf文件名稱。

完成配置后重新編譯，keil會(huì)把omf文件輸出到項(xiàng)目的Objects目錄下。

配置基于源代碼仿真調(diào)試環(huán)境

要進(jìn)行源代碼級(jí)仿真調(diào)試，還需要配置調(diào)試環(huán)境，不然proteus會(huì)找不到程序的源代碼。配置方法是將C源代碼文件、OMF文件、電路模型文件放置在同一個(gè)目錄。可以將擴(kuò)展名為“DSN”電路模型文件復(fù)制到OMF文件所在的目錄，同時(shí)將C源代碼文件也復(fù)制到OMF文件所在目錄。也可以將C源代碼文件、OMF文件、電路模型文件放置到一個(gè)專門用于調(diào)試的目錄。

調(diào)試環(huán)境配置完成后，使用proteus打開電路模型文件，設(shè)置單片機(jī)的裝載程序?yàn)閛mf文件。

執(zhí)行調(diào)試

啟動(dòng)proteus，打開待調(diào)試的電路模型文件，展開【Debug】菜單，選擇“Start/Restart Debugging”命令或按下Ctrl+F12快捷鍵啟動(dòng)調(diào)試。

proteus會(huì)初始化單片機(jī)，并執(zhí)行單片機(jī)內(nèi)的嵌入式程序，程序在main()函數(shù)的第1條語(yǔ)句之前停止執(zhí)行，等待開發(fā)者的下一步調(diào)試操作。默認(rèn)情況下，proteus會(huì)同時(shí)打開源代碼窗口，顯示嵌入式程序的源代碼和執(zhí)行狀態(tài)。

“8051 CPU Source Code-U1”為源代碼調(diào)試窗口，在源代碼調(diào)試窗口可以執(zhí)行“Step Over Source line（單步跳過）”、“Step Into Source line（單步執(zhí)行）”、“Step Out From Source line（單步跳出）”，其調(diào)試過程和Keil單步調(diào)試完全相同。

若源代碼調(diào)試窗口沒有彈出，可展開【Debug】菜單，在【Debug】菜單下面選擇彈出源代碼調(diào)試窗口的命令。

從圖中列出的菜單命令可以看出，proteus還提供了查看單片機(jī)寄存器狀態(tài)、SFR內(nèi)存數(shù)據(jù)等窗口，開發(fā)者通過這些窗口可以隨時(shí)查看單片機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)。
例如選擇“8051 CPU Registers-U1”命令，proteus會(huì)彈出單片機(jī)寄存器狀態(tài)窗口（見下圖）。

通過寄存器窗口可以查看單片機(jī)內(nèi)每個(gè)寄存器當(dāng)前存儲(chǔ)的值。其中“PC”寄存器為程序計(jì)數(shù)器，該寄存器存儲(chǔ)了當(dāng)前準(zhǔn)備要執(zhí)行的指令地址，指令地址為十六進(jìn)制000F，指令內(nèi)容為“CLR P1.0”（對(duì)P1口的第0位清零）。再仔細(xì)觀察窗口內(nèi)容，名稱為“P0”、“P1”、“P2”、“P3”寄存器實(shí)際上分別對(duì)應(yīng)了單片機(jī)P0、P1、P2、P3四個(gè)I/O口每位的狀態(tài)，當(dāng)程序修改I/O口的狀態(tài)后，這些寄存器的值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。

調(diào)試步驟：

單步跳過第1條語(yǔ)句，P1口第0位被賦值為低電平，發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮。觀察寄存器窗口，PC寄存器指向了下一條指令的地址，指令為“SETB P1.0”（對(duì)P1口的第0位設(shè)置為1），P1寄存器的值由原來(lái)的FF變換為FE。

單步跳過第2條語(yǔ)句，P1口第0位被賦值為高電平，發(fā)光二級(jí)管熄滅。觀察寄存器窗口，PC寄存器指向了下一條指令的地址，指令為“CLR P1.0”（對(duì)P1口的第0位清零），P1寄存器的值由原來(lái)的FE變換為FF。

請(qǐng)同學(xué)們自行完成第3、4條語(yǔ)句的調(diào)試，并觀察發(fā)光二極管和寄存器的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過這次實(shí)驗(yàn)，掌握了嵌入式程序源代碼級(jí)的調(diào)試過程，由keil編寫嵌入式程序，使用proteus執(zhí)行嵌入式程序的源代碼級(jí)調(diào)試。