1.1 Keil C51的使用

单片机的源程序是在哪里进行编写的？是在哪里将其调试并生成.HEX文件的？其实这些工作在单片机的一些编译软件中就可以完成。单片机程序的编译调试软件比较多，如51汇编集成开发环境、伟福仿真软件、Keil单片机开发系统等。

Keil C51是当前使用最广泛的基于80C51单片机内核的软件开发平台之一，由德国Keil Software公司推出。μVision4是Keil Software公司推出的关于51系列单片机的开发工具。μVision4集成开发环境IDE是一个基于Windows的软件开发平台，集编辑、编译、仿真于一体，支持汇编语言和C语言的程序设计。一般来说，Keil 51和μVision4指的是μVision4集成开发环境。

Keil C51可以从相关网站下载并安装。安装好后，双击桌面上的快捷图标，或者在“开始”菜单中选择“Keil μVision4”，即可启动Keil μVision4集成开发环境，如图1-1所示。

1. 创建项目

Keil μVision4中有一个项目管理器，它包含了程序的环境变量和编辑有关的全部信息，为单片机程序的管理带来了很大的方便。

1）启动μVision4并创建一个项目文件 μVision4是一个标准的Windows应用程序，直接在桌面上双击图标就可启动它。在μVision4中执行菜单命令“Project”→“New Project”，弹出“Create New Project”对话框，在此可以输入项目名称。建议每个项目使用一个独立的文件夹。

输入新建项目名后，单击“确定”按钮，弹出如图1-2所示的“Select Device for Target 'Target 1'”对话框。在此对话框中根据需要选择合适的单片机型号。执行菜单命令“Project”→“Select Device for Target”也会弹出图1-2所示的对话框。

在图1-2中，左边“Data base”栏列出了各厂商名及其产品，右边“Description”栏是对该选中单片机的说明。选择了目标器件后，单击“OK”按钮，将弹出图1-3所示的对话框。在此对话框中，询问用户是否将标准的8051启动代码复制到项目文件夹并将该文件添加到项目中。在此单击“否”按钮，项目窗口中将不添加启动代码；单击“是”按钮，项目窗口中将添加启动代码。二者的区别如图1-4所示。

startup.a51文件是大部分8051CPU及其派生产品的启动程序，启动程序的操作包括清除数据存储器内容、初始化硬件及可重入堆栈指针。一些8051派生的CPU需要初始化代码以使配置符合硬件上的设计。例如，Philips的8051RD+片内xdata RAM需通过在启动程序中的设置才能使用。应按照目标硬件的要求来创建相应的startup.a51文件，或者直接将它从安装路径的\C51\LIB文件夹中复制到项目文件中，并根据需要进行更改。

2）创建新的源程序文件 单击图标或执行菜单命令“File”→“NEW”，就可以创建一个源程序文件。该命令会打开一个空的编辑器窗口，在编辑窗口中输入源代码，如图1-5所示。源代码可以用汇编语言或单片机C语言进行书写，源代码输入完成后，执行菜单命令“File”→“Save as…”或“Save”，即可对源程序进行保存。在保存时，文件名只能由字符、字母或数字组成，并且一定要带扩展名（使用汇编语言编写的源程序的扩展名为.A51或.ASM；使用单片机C语言编写的源程序的扩展名为.C）。源程序保存好后，源程序窗口中的关键字呈彩色高亮度显示。

源程序文件创建好后，可以把这个文件添加到项目中。在μVision4中，添加的方法有多种。如图1-6所示，在“Source Group 1”上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Add Files to Group 'Source Group 1'”，在弹出的“Add Files to Group 'Source Group 1'”对话框中选择刚才创建的源程序文件即可将其添加到项目中。

3）为目标设定工具选项 单击图标或执行菜单命令“Project”→“Options for Target”，将会出现“Options for Target 'Target 1'”对话框，如图1-7所示。在“Target”选项卡中可以对目标硬件及所选器件片内部件进行参数设定。表1-1描述了“Target”选项卡的选项说明。

表1-1 “Target”选项卡的选项说明

标准的80C51的程序存储器空间为64KB，若程序存储器空间超过64KB时，可在“Target”选项卡中对“Code Banking”栏进行设置。Code Banking为地址复用，可以扩展现有的CPU程序存储器寻址空间。复选“Code Banking”栏后，用户根据需求在“Banks”中选择合适的块数。在Keil C51中，用户最多能使用32块64KB的程序存储空间，即2MB的空间。

4）编译项目并创建HEX文件 在“Target”选项卡中设置好参数后，就可对源程序进行编译。单击图标或执行菜单命令“Project”→“Build Target”，可以编译源程序并生成应用。当所编译的程序有语法错误时，μVision4将会在“Build Output”窗口中显示错误和警告信息，如图1-8所示。双击某一条信息，光标将会停留在μVision4文本编辑窗口中出现该错误或警告的源程序位置上。

若成功创建并编译了应用程序，就可以开始调试。当程序调试好后，要求创建一个HEX文件，生成的.HEX文件可以下载到EPROM编程器或模拟器中。

若要创建HEX文件，必须将“Options for Target 'Target 1'”对话框中的“Output”选项卡下的“Create HEX File”复选框选中，如图1-9所示。

2. 仿真设置及窗口介绍

1）仿真设置 使用μVision4调试器可对源程序进行测试，μVision4提供了两种操作工作模式，这两种模式可以在“Option for Target 'Target 1'”对话框的“Debug”选项卡中选择，如图1-10所示。

➢ Use Simulator：软件仿真模式，将μVision4调试器配置成纯软件产品，能够仿真8051系列产品的绝大多数功能而不需要任何硬件目标板，如串行口、外部I/O和定时器等，这些外围部件设置是在从元器件数据库选择CPU时选定的。

➢ Use：硬件仿真，如TKS Debugger，用户可以直接把这个环境与仿真程序或Keil监控程序相连。

（1）CPU仿真：μVision4仿真器可以模拟16MB的存储器，该存储器被映射为读、写或代码执行访问区域。除了将存储器映射外，仿真器还支持各种80C51派生产品的集成外围器件。在“Debug”选项卡中可以选择和显示片内外围部件，也可通过设置其内容来改变各种外设的值。

（2）启动调试：源程序编译好后，选择相应的仿真操作模式，可启动源程序的调试。单击图标或执行菜单命令“Debug”→“Star/Stop Debug Session”，即可启动μVision4的调试模式，如图1-11所示。

（3）断点的设定：在编辑源程序过程中，或者在程序尚未编译前，用户可以设置执行断点。μVision4中可用不同的方法来定义断点。

➢ 在文本编辑框中或反汇编窗口中选定所在行，然后单击“File Toolbar”按钮或单击图标。

➢ 在文本编辑窗口或反汇编窗口本地菜单上单击鼠标右键，打开快捷菜单进行断点设置。

➢ 执行菜单命令“Debug”→“Breakpoint”，打开“Breakpoint”对话框，在这个对话框中可以查看定义或更改断点的设置。

➢ 在“Command”窗口中可以使用BreakSet、BreakKill、BreakList、BreakEnable和BreakDisable等命令。

（4）目标程序的执行：目标程序的执行可使用以下方法操作：

➢ 执行菜单命令“Debug”→“Run”，或者直接单击图标。

➢ 在文本编辑窗口或反汇编窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单上选择“Run till Cursor line”命令。

➢ 在“Command”窗口中可以使用Go、Ostep、Pstep、Tsetp命令。

2）主要窗口介绍 在μVision4中有许多的工作窗口，这些窗口有些是在编译状态下有效，有些是在调试状态下有效，但多数窗口只在调试状态下有效。表1-2列出了μVision4中的主要工作窗口。

表1-2 1Vision4中的主要工作窗口

（1）反汇编窗口：在进行程序调试及分析时，经常会用到反汇编。反汇编窗口同时显示目标程序、编译的汇编程序和二进制文件，如图1-12所示。

在程序调试状态下，执行菜单命令“View”→“Disassembly Window”，即可打开反汇编窗口。当反汇编窗口作为当前活动窗口时，若单步执行指令，所有的程序将按照CPU指令（即汇编）来单步执行，而不是C语言的单步执行。

（2）CPU寄存器窗口：在程序调试状态下，执行菜单命令“View”→“Registers Window”，将打开CPU寄存器窗口，在此窗口中将显示CPU寄存器相关内容，如图1-13所示。

（3）存储器窗口：在程序调试状态下，执行菜单命令“View”→“Memory Window”→“Memory #1”，将打开存储器窗口。存储器窗口最多可以通过4个不同的页观察4个不同的存储区，每页都能显示存储器中的内容，如图1-14所示。

在“Address”栏中输入地址值后，显示区域直接该地址的内容。若要更改地址中的内容，只需在该地址上双击鼠标左键，并输入新的内容即可。

（4）串行窗口：μVision4提供了4个专门用于串行调试输入和输出的窗口，被模拟仿真的CPU串行口数据输出将在该窗口进行显示，输入串行窗口中的字符将会被输入到模拟的CPU中。

在程序调试状态下，执行菜单命令“View”→“Serial Window”→“UART #1”，即可打开串行调试窗口。

3.Keil程序调试与分析

前面讲述了如何在Keil中建立、编译、连接项目，并获得目标代码，但是做到这一步仅代表源程序没有语法错误，至于源程序中存在的其他错误，必须通过调试才能发现并解决。事实上，除了极简单的程序外，绝大多数的程序都要通过反复调试才能得到正确的结果，因此，调试是软件开发中的一个重要环节。

1）寄存器和存储器窗口分析 进入调试状态后，执行菜单命令“Debug”→“Run”，或者单击图标，全部运行源程序。执行菜单命令“Debug”→“Step”，或者单击图标，单步运行源程序。源程序运行过程中，项目工作区（Project Workspace）“Registers”选项卡中显示相关寄存器当前的内容。若在调试状态下未显示此窗口，可执行菜单命令“View”→“Project Window”将其打开。

在源程序运行过程中，可以通过存储器窗口（Memory Window）来查看存储区中的数据。在存储器窗口的上部，有供用户输入存储器类型的起始地址的文本输入栏，用于设置关注对象所在的存储区域和起始地址，如“D:0x30”。其中，前缀表示存储区域，冒号后为要观察的存储单元的起始地址。常用的存储区前缀有“d”或“D”（表示内部RAM的直接寻址区）、“i”或“I”（表示内部RAM的间接寻址区）、“x”或“X”（表示外部RAM区）、“c”或“C”（表示ROM区）。由于P0端口属于SFR（特殊功能寄存器），片内RAM字节地址为80H，所以在存储器窗口的上部输入“d:80h”时，可查看P0端口的当前运行状态为FE，如图1-15所示。

2）延时子程序的调试与分析 在源程序编辑状态下，执行菜单命令“Project”→“Options for Target 'Target 1'”，或者在工具栏中单击图标，再在弹出的对话框中选择“Target”选项卡。在“Target”选项卡的“Xtal（MHz）:”栏中输入12，即设置单片机的晶振频率为12MHz。然后在工具栏中单击图标，对源程序再次进行编译。

执行菜单命令“Debug”→“Start/Stop Debug Session”，或者在工具栏中单击图标，进入调试状态。在调试状态下，单击图标，使光标首次指向LCALL DELAY后，项目工作区“Registers”选项卡的Sys项中sec为0.00000400，如图1-16所示，表示进入首次运行到LCALL DELAY时花费了0.00000400s。再次单击图标，光标指向“RL A”，Sys项的sec为0.79846900，如图1-17所示。因此，DELAY的延时时间为二者之差，即0.79846500s，也就是说延时约为0.8s。

3）P0端口运行模拟分析 执行菜单命令“Debug”→“Start/Stop Debug Session”，或者在工具栏中单击图标，进入调试状态。

执行菜单命令“Peripherals”→“I/O Ports”→“Port 0”，将弹出“Parallel Port 0”窗口。“Parallel Port 0”窗口的最初状态如图1-18（a）所示，表示P0端口的初始值为0xFF，即FFH。单击图标或多次单击图标后，“Parallel Port 0”窗口的状态将会发生变化，如图1-18（b）所示，表示P0端口当前为0xFB，即FBH。