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Keil软件及其调试功能简介

    目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的Keil C51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μＶｉｓｉｏｎ（通常称为μＶ2）。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：μVision IDE集成开发环境（包括工程管理器①、源程序编辑器②、程序调试器③，见图2）、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51实时操作系统。

    应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单File-New…，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序（或选择File-Open…，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.a51）或.c；然后选择菜单Project-New Project…，建立新工程并保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2）；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页（Files）会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group ‘Source Group1’”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件）。加入文件后点close返回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for Target‘Target1’（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。 

    成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session（或按Ctrl+F5键）进入程序调试状态，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。Keil能以单步执行（按F11或选择Debug-Step）、过程单步执行（按F10或选择Debug-Step Over）、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（Debug-Inline Assambly…），不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints…等）。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。
Keil软件Eval版（免费产品）的功能与商业版相同，只是程序的最大代码量不得超过2kB，但对初学者而言已是足够。Keil软件由于其强大的软件仿真功能，友好的用户界面以及易于掌握的特点而受到工程技术人员的欢迎，有人甚至认为Keil是目前最好的51单片机开发应用软件。

51单片机数字实验室的应用实例

    运用Keil软件并结合数字外围器件只需在PC机上便可进行单片机实验（可称为数字实验室方式），下面以两个实例来说明运用Keil软件进行程序调试（软件模拟仿真）的过程。

例1：单片机（80C51）晶振频率为12MHz，利用T0方式0产生5ms的定时，在P1.0引脚上输出10ms的方波

    按前面所述方法步骤对源程序成功汇编、连接后按Ctrl+F5键进入程序调试，再选择菜单Peripherals-I/O-Ports-Port 1打开P1口参数窗口显示P1口状态，选择Peripherals-Timer-Timer 0打开定时器T0窗口显示其参数；这里采用断点调试方式，在中断服务子程序第一行设置断点，出现红色标记，如图3所示。

    点击调试工具栏上的Run（运行）按钮，程序执行到断点处停止，如连续点击运行则可从Port1窗口观察到P1.0引脚电平值的变化（1-0-1-…），而此时Regs（寄存器）窗口中的sec值即为定时时间（按5ms幅度递增，会有误差）。

    显然该例需要实验者根据P1口（P1.0）的值来对输出的方波进行想象，并不直观。

例2： 数字实验仿真板的应用：流水灯实验

    针对Keil的软件仿真器， 有人提出了利用VC++编写动态链接库仿真单片机外围器件的思路和方法；另有人设计开发了几个外围器件数字实验仿真板，这些实验仿真板相当于是Keil μVersion2仿真环境下的dll插件。如键盘、LED显示实验仿真板（ledkey.dll）、带有数码管的实验仿真板（simboard.dll）等，见图4所示。以ledkey仿真板为例，它采用Atmel89C51单片机（含有4kBFLASH ROM）作为主芯片，P1引脚上接8个发光二极管，P3.2-3.5引脚上接4个按钮开关。安装数字仿真实验板时只需将实验仿真板文件（*.dll）复制到Keil软件的KeilC51Bin文件夹即可。在使用实验仿真板之前还需对工程进行设置，先选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for Target ‘Target1’，打开对话框，选择Debug选项卡，在其左下角的Parameter文本框中输入“-d”和文件名，如使用ledkey.dll实验仿真板，就输入“-dledkey”（整个文本框内容为：-p51 -dledkey），然后点确定即可。进入程序调试后点击菜单Peripherals，就会看到多出一项“键盘LED仿真板（K）”，选择该项，就会出现图4所示ledkey实验仿真板界面。

    流水灯实验是最常见的单片机实验之一，这里我们要实现用单片机控制图4ledkey仿真板上8个LED依次循环发光。应用Keil软件，按照步骤进入程序调试状态，并点击菜单Peripherals打开ledkey仿真板，然后运行程序，可通过观察仿真板上灯光的变化，检查程序的正确与否，非常形象生动，而不必再依靠对P1口的值进行观察想象，有助于初学者对单片机基本知识的掌握和激发学习的热情。