嵌入式程序基于源代码仿真调试

前面一课设计了51单片机最小系统电路，使用51单片机的I/O口控制发光二极管的状态，并装载运行了使用keil编写的嵌入式程序。本次实验应用proteus结合keil对嵌入式C程序进行源代码级调试。

关于上次实验遗留的问题

在上次实验中，我们遗留了一个问题没有解决。观察上次实验结果，单片机P0口的所有位颜色为灰色方块，表示该端口的电压为不确定状态。

为什么P0口所有位的电压为不确定状态呢？因为P0同P1、P2、P3的I/O口电路不同，P1、P2、P3属于带上拉电阻（将I/O不确定的电位钳位在高电平，同时起限流作用）型的I/O口，当单片机加电后I/O被钳位在高电平，P0不带上拉电阻，因此I/O的电位不确定。

若需要把P0口钳位在高电平，只需要将P0口外接一个上拉电阻即可，上拉电阻的阻值一般设置为4.7K，也可以根据负载大小选择合适的阻值。

实验目的

在开发嵌入式程序过程中，源代码级的仿真调试可以帮助开发者快速定位问题代码，纠正程序错误，极大提高开发效率。本次实验在前面实验成果的基础上，将proteus和keil结合在一起，在proteus仿真调试嵌入式程序的过程中，能够将执行点定位到程序源代码行，在源代码级别跟踪执行程序。

实验步骤

实验步骤如下：①输出可以进行源代码调试的OMF文件；②配置基于源代码仿真调试环境；③执行调试，单步跟踪代码，查看和验证程序执行结果。

输出可以进行源代码调试的OMF文件

启动keil开发工具，打开前面课程建立的项目文件,修改项目内的C源文件代码。

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

main()函数修改为四条语句，对P1端口的第0位led1进行赋0或赋1操作。第1条语句将led1端口赋值为低电平，此时发光二极管被点亮，第2条语句将led1端口赋值为高电平，此时发光二极管不再处于被点亮状态。第3条和第4条语句分别重复了第1条和第2条语句。

代码跟踪调试时，从第1条语句开始跟踪，单步执行到第4条语句，观察发光二极管的状态和led1端口的状态。

proteus源代码仿真调试需要Keil编译后输出omf文件，在Keil工作窗口，展开【Project】菜单，选择“Options for Targets”命令，在弹出的对话框中，选择“Output”标签页，确定在“Name of Executable”输入域输入了omf文件名称。

完成配置后重新编译，keil会把omf文件输出到项目的Objects目录下。

配置基于源代码仿真调试环境

要进行源代码级仿真调试，还需要配置调试环境，不然proteus会找不到程序的源代码。配置方法是将C源代码文件、OMF文件、电路模型文件放置在同一个目录。可以将扩展名为“DSN”电路模型文件复制到OMF文件所在的目录，同时将C源代码文件也复制到OMF文件所在目录。也可以将C源代码文件、OMF文件、电路模型文件放置到一个专门用于调试的目录。

调试环境配置完成后，使用proteus打开电路模型文件，设置单片机的装载程序为omf文件。

执行调试

启动proteus，打开待调试的电路模型文件，展开【Debug】菜单，选择“Start/Restart Debugging”命令或按下Ctrl+F12快捷键启动调试。

proteus会初始化单片机，并执行单片机内的嵌入式程序，程序在main()函数的第1条语句之前停止执行，等待开发者的下一步调试操作。默认情况下，proteus会同时打开源代码窗口，显示嵌入式程序的源代码和执行状态。

“8051 CPU Source Code-U1”为源代码调试窗口，在源代码调试窗口可以执行“Step Over Source line（单步跳过）”、“Step Into Source line（单步执行）”、“Step Out From Source line（单步跳出）”，其调试过程和Keil单步调试完全相同。

若源代码调试窗口没有弹出，可展开【Debug】菜单，在【Debug】菜单下面选择弹出源代码调试窗口的命令。

从图中列出的菜单命令可以看出，proteus还提供了查看单片机寄存器状态、SFR内存数据等窗口，开发者通过这些窗口可以随时查看单片机的内部状态。
例如选择“8051 CPU Registers-U1”命令，proteus会弹出单片机寄存器状态窗口（见下图）。

通过寄存器窗口可以查看单片机内每个寄存器当前存储的值。其中“PC”寄存器为程序计数器，该寄存器存储了当前准备要执行的指令地址，指令地址为十六进制000F，指令内容为“CLR P1.0”（对P1口的第0位清零）。再仔细观察窗口内容，名称为“P0”、“P1”、“P2”、“P3”寄存器实际上分别对应了单片机P0、P1、P2、P3四个I/O口每位的状态，当程序修改I/O口的状态后，这些寄存器的值也会发生相应变化。

调试步骤：

单步跳过第1条语句，P1口第0位被赋值为低电平，发光二级管点亮。观察寄存器窗口，PC寄存器指向了下一条指令的地址，指令为“SETB P1.0”（对P1口的第0位设置为1），P1寄存器的值由原来的FF变换为FE。

单步跳过第2条语句，P1口第0位被赋值为高电平，发光二级管熄灭。观察寄存器窗口，PC寄存器指向了下一条指令的地址，指令为“CLR P1.0”（对P1口的第0位清零），P1寄存器的值由原来的FE变换为FF。

请同学们自行完成第3、4条语句的调试，并观察发光二极管和寄存器的状态。

实验小结

通过这次实验，掌握了嵌入式程序源代码级的调试过程，由keil编写嵌入式程序，使用proteus执行嵌入式程序的源代码级调试。