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1、 单片机实验教程 华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心 二 0 一 0 年六月 第一章 集成开发环境的使用 单片机集成开发环境是指运行于 PC 机上的一个软件，它是用于对用户程序进行编辑、编译、连接、调试等多种功能于一身的一个应用软件。目前，针对 51 单片机的这种应用软件有多种版本。不同的开发系统配用的软件往往要与相应的硬件仿真器配合才能使用。本章介绍适合我实验室实验装置上使用的 SST 系列 51 单片机的集成开发环境。 即目前广为流行的 Keil C51 集成开发环境软件。Keil C51（后面简称 Keil）软件是众多单片机应用开发软件中应用较光的一种软件，是较为优秀软件之一，它
2、集编辑、编译、调试、仿真于一体，不仅是支持汇编语言的开发环境、而且也支持 PLM 语言和 C 语言的程序编辑、调试工作，而且具有界面友好，易学易用等优点。 Keil 开发环境内部包括多个模块，有多个实用的子系统，功能强大。初学者可以结合汇编语言来熟悉 Keil 环境的基本的使用方法，也可以 Keil 软件学习使用 C 语言开发程序。对于Keil 软件的使用，有许多关于“Keil 软件使用方法”资料与文献，可供软件使用者选择学习与参考。 Keil 软件可以从光盘中安装，也可以从硬盘安装，安装过程非常简单，只要进入“Keil/Setup”文件夹，然后用鼠标双击名为“Setup”的应用的文件，即可按
3、安装软件提示完成安装（具体安装过程说明可以参考有关资料，在此不讨论了） 。Keil 软件安装好后，桌面上会出现一个名称为“uVision2”的图标。Keil 软件对开发用户系统最为主要的模块是 uVision2 应用软件。 实际使用时，一般按照下面的步骤来完成软件开发任务 ? 创建工程 ? 编写程序 ? 程序调试 ? 烧写程序 本节按照这四个步骤，简要介绍 Keil 软件的基本使用方法。掌握这些基本用法后，即可利用 Keil 软件编辑、调试汇编语言程序，能够满足采用汇编语言开发应用程序，实现实际应用系统的开发需要。 1.1 Keil开发环境的界面 用鼠标双击桌面上名称为“uVision2”的图
4、标“”即可打开 Keil 集成开发环境，打开后的主窗口如图 1-1 所示。 主窗口中包括下拉菜单、状态条、文件工具条、建造工具条、调试工具条、工程窗口、代码窗口、输出窗口等。 下拉菜单中“文件”菜单项主要用于完成新建文件、打开文件、关闭文件、保存文件、打印设置、打印预览、打印文件、退出等功能。如图 1-2 所示。 下拉菜单中“编辑”菜单项主要用于对文本的操作，包括复制、剪切、粘贴、查找、替换、前一次操作的撤销等操作，如图 1-3 所示。 下拉菜单中“视图”菜单项主要用于完成对主窗体中的各个窗口、菜单、工具栏的设定，如可以显示或关闭状态条、显示或关闭工程窗口等操作，如图 1-4 所示。 下拉菜单
5、中“工程”菜单项主要完成建立工程、 打开工程、 导入工程等操作， 如图 1-5 所示。 下拉菜单中“调试”菜单项主要提供了程序文件的调试功能，如连续/停止调试、单步通过、单步跟踪、断点设置/取消、断点保护等，这些功能在程序调试中都是十分有用的。“调试”菜单项如图 1-6 所示。 图 1-7 所示为下拉菜单中的“外围设备”菜单项，用于对 CPU 复位、以及外围设备选择，如中断源、并口、串口、定时/计数器等的选择。 图 1-1 Keil 开发环境主界面 图 1-2 文件菜单项 图 1-3 编辑菜单项 图 1-4 视图菜单项 图 1-5 工程菜单项 图 1-6 调试菜单项 图 1-7 外围设备菜单项
6、 需要说明的是： （1）我们这里介绍的是 Keil vision2 版本，此外更新版本还有 Keil vision3、 Keil vision4 等，其功能大同小异。 （2）Keil 工具栏式菜单栏的快捷方式，下拉菜单中能实现 的功能，工具栏中都有相应的工具。这些图标功能与其他常用软件类似，通过自己摸索，比 较容易掌握，因此不再赘述。 若想进一步了解 Keil 软件的功能和使用方法，可以在做完一定的单片机实验、对单片机 原理有一定的理解后，参照有关资料自行学习。下面介绍 Keil 集成开发环境的应用方法。 1.2 创建工程 Keil 软件对于文件的管理，采用 C 语言常用的工程（Project
7、，也有译作“项目”）的管理方 法。因此要使用 Keil 软件编译调试程序，首先必须建立一个工程。 1.2.1 编辑源程序文件编辑源程序文件 用鼠标双击桌面上的 uVision2 图标，启动后的界面如图 1-8 所示。 图 1-8 uVision2 软件工作界面 选择主菜单中“文件/新建”后，会在工作界面中弹出一个文本编辑窗口 TEXT1，如图 1-9 所示， 图 1-9 uVision2 软件工作界面中弹出“Text1”编辑窗口 用户可以在这个窗口编辑源程序，程序编辑完毕后选择“文件/保存”，将该文件保存在用 户所指定的路径中。但要注意，保存时要根据实际使用语言的类型，选定相应扩展名或后缀 名
8、（“.asm”汇编语言、“.C”C 语言）进行存储。本书选择汇编语言编写源程序，因此保存的扩 展名应为“.asm”。 程序如果已经用记事本等其他工具编辑好， 则直接选择“文件/打开”即可打开 源文件。 1.2.2 建立工程建立工程 在图 1-9 所示的窗口中，选择主菜单的“工程/新建工程”选项，屏幕商会弹出“新建工程”的对话框，如图 1-10 所示。 图 1-10 建新工程对话框 在图 1-10 中， 输入扩展名为“.uv2”工程名称、 选择所建工程的保存路径， 然后单击“保存”， 系统将在用户指定的路径中建立一个新的工程管理文件。工程文件的扩展名只能是“.uv2”，如 果用户不输入扩展名，则
9、系统会自动加上“.uv2”扩展名。 1.2.3 为工程选择器件为工程选择器件 当确定保存工程，在图 1-10 对话框关闭后，系统将会自动弹出“为目标 1选择设备”对话 窗口，用以选择所用的单片机型号，如图 1-11 所示。 图 1-11 器件型号选择窗口 该窗口的左边显示的是单片机厂商列表和相应厂家生产的器件型号，右边显示的是选中 型号单片机功能的简要说明。根据所开发的目标板上实际使用的单片机的具体型号，选择相 应的型号名称即选中该型号的器件。例如选择“SST”中的“SST89x58RD”（实验箱上实际使用 这种器件） 。点击“确定”按钮后会弹出如图 1-12 所示的对话框，提示用户是否把标准
10、的 8051 启动文件复制到工程文件夹下，并添加到工程当中，如果选择“是”，在工程文件夹下就会出现 一个 STATUP.A51 的文件。实际操作中如果是采用 C 语言编写程序就必须选择“是”，如果采 用汇编语言编写程序则应选择“否”。前面已经说明，本书介绍汇编语言编写程序，所以这里选 择“否”。 图 1-12 选择复制标准文件对话框 1.2.4 添加源程序到工程中添加源程序到工程中 在器件选择完后， 在工程管理窗口上会出现“目标”的图标。 单击“”， 出现“源程序组 1”。 选择该项，单击鼠标右键，在出现的下拉菜单中选择“添加文件到源程序组 1”，如图 1-13 所 示。 图 1-13 添加文
11、件到源程序组中 然后弹出窗口如图 1-14 所示， 选择以“.asm”格式的文件， 单击“Add”按钮， 文件便加到“源 程序组 1”中, 然后单击“关闭”按钮返回。 图 1-14 添加文件到“源程序组 1”的对话框 1.3 仿真方式选择与文件编译 1.3.1 仿真方式选择仿真方式选择 将鼠标置于“Project workspace”窗口的“Target1”处，点击右键，在弹出的窗口中选择 “Options for target target1”选项， 在弹出的对话框中， 选中“Dbug”选项， 出现图所示窗口界面。 这一步操作也可以利用菜单栏中“Project”菜单选项来完成。 图 1-15
12、 仿真方式选择窗口 在图 1-15 中，若选中左侧的“Use Simulator”，则使用软件仿真方式（即脱离目标 CPU 的 调试方式，简称脱机调试方式） ，对程序的调试，只能在 PC 机上看到有关寄存器、变量的变 化。若选中“Use:Keil Monitor-51 Driver”，则使用硬件调试方式（即联机调试方式） ，用户不仅 能够在 PC 机上观察有关寄存器、变量值的变化，还能观察程序在目标板上的实际运行效果。 在图 1-15 中根据实际使用需要作适当选择后，点击“确定”，返回主工作界面。 1.3.2 编译加载文件编译加载文件 点击工具栏中的图标，或者点击“Project”菜单栏中的“
13、Compile”选项，对文件进行编译（file） 。编译的过程实际上包括链接生成可执行目标文件的过程。 点击图标或者点击“Project”菜单栏中的“Build”选项，对已修改的文件进行编译，并将可执行目标文件加载到目标系统中。该命令只加载程序中修改的部分，以节约加载时间。 点击图标或者点击“Project”菜单栏中的“Rebuild all”选项， 对文件进行编译和重新加载。 重新加载对于前面已经加载但未修改的程序部分也加载。 1.3.3 程序调试程序调试 程序调试就是检验所设计的程序是否能够正常运行，是否能够实现预期的功能等。Keil uVision2 提供了多种运行程序的方式和调试手段，
14、对于这些运行方式和调试手段的操作，可以 通过鼠标点击“DEBUG”菜单栏中的菜单项、点击工具栏中的图标或快捷键等三种方式实现。比较常用的有以下几种操作。 1） 启动启动/停止程序调试停止程序调试 点击工具栏的图标，或者点击“Debug”菜单栏中的“Start/stop Debug Session”,或者按 Ctrl+F5，进入程序调试状态。 再次执行上面的操作将停止程序调试。 启动程序调试后，出现图 1-16 所示的调试操作界面，工具栏中有关程序调试图标处于点亮状 态。在程序窗口的上方出现一个图标，代表程序指针 PC 指向的程序存储地址（即程序指针 PC 中的值为图标所在行指令的地址） 。 图
15、 1-16 调试操作界面 2） 单步运行程序单步运行程序 为了检验程序的运行正确与否，可以一步一步地运行程序，并观察每一步执行后的结果。 进入式单步 在调试状态下，点击图标，或执行快捷键 F11，或者使用“Debug”菜单栏“Step Into”选 项，可以执行进入式单步操作。每进行一次操作，程序将运行一条指令。每执行一行指令， 表征 PC 指针的图标都会向下移动一行，已执行过的语句呈现绿色。 进入式单步当遇到子程序调用时，将会跟踪到子程序中执行。 跨越式单步 点击图标，或者执行快捷键 F10，或者使用“Debug”菜单栏的“Step over”选项，可以执 行跨越式单步。 跨越式单步当遇到子
16、程序调用指令时，不跟进子程序中执行，直接把整个子程序一步执 行完。对于其它指令来说，跨越式单步和进入式单步的作用相同。 跳出子程序 在调试过程中，有时会进入某个子程序执行。当执行完子程序的一部分时，可能不再关 心该子程序其它部分的运行情况，这时就可以使用（跳出单步，Step out）图标，直接返回 到调用该子程序的位置，继续调试程序的后续指令。 3） 全速执行程序全速执行程序 全速执行程序 在启动程序调试状态下，点击图标，或者按下快捷键 F5，或者使用“Debug”菜单栏中的“go”选项，可以全速执行源程序。 停止全速执行程序 在全速执行程序时， 点击图标， 或者执行快捷键 Esc， 或者使用“Debug”菜单栏中的“Stop running”选项，可以停止全速执行源程序。 设置断点 点击图标， 或者使用“Debug”菜单
