單片機(jī)程序調(diào)試的具體方法是什么

時(shí)間：2023-01-20 10:20:01

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[導(dǎo)讀]當(dāng)程序的運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期不同時(shí)，需要利用μVision4的調(diào)試功能分析和查找程序中隱藏的邏輯錯(cuò)誤。下面介紹程序調(diào)試的具體方法。

當(dāng)程序的運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期不同時(shí)，需要利用μVision4的調(diào)試功能分析和查找程序中隱藏的邏輯錯(cuò)誤。下面介紹程序調(diào)試的具體方法。

1.進(jìn)入調(diào)試環(huán)境的方法

通過(guò)單擊μVision4工具欄上的快捷菜單“Start/Stop Debug Session”(見(jiàn)圖7-15a)或“Debug”→“Start/Stop Debug Session”子菜單(見(jiàn)圖7-15b)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，其界面如圖7-16所示。在調(diào)試狀態(tài)下，工具欄中會(huì)出現(xiàn)用于調(diào)試的快捷圖標(biāo)欄(見(jiàn)圖7-17a、b)，并且“Debug”菜單下會(huì)出現(xiàn)更多用于程序調(diào)試的子菜單(見(jiàn)圖7-17c)。

圖7-15與調(diào)試相關(guān)的菜單

a)快捷菜單“Start/Stop Debug Session”b)“Debug”菜單

圖7-16調(diào)試環(huán)境界面窗口

2.程序調(diào)試方法

程序由若干行指令構(gòu)成，當(dāng)其無(wú)法完成預(yù)期任務(wù)時(shí)，程序員需要確定程序中哪一行指令出現(xiàn)了問(wèn)題，此時(shí)需要調(diào)試程序，即跟蹤和分析程序執(zhí)行的結(jié)果。在調(diào)試過(guò)程中，可以執(zhí)行一行、幾行或一段指令后停下來(lái)查看寄存器、變量或存儲(chǔ)單元的值。

(1)控制指令執(zhí)行

調(diào)試用快捷圖標(biāo)欄(見(jiàn)圖7-17a)的圖標(biāo)用于程序調(diào)試，鼠標(biāo)在圖標(biāo)上停留片刻后將彈出圖標(biāo)功能的英文解釋?zhuān)鐖D7-18所示。該圖中各圖標(biāo)的作用分別如下：“Reset”—復(fù)位單片機(jī);“Run”—程序全速運(yùn)行;“Stop”—停止程序運(yùn)行;“Step”—單片調(diào)試程序，每執(zhí)行一行指令后暫停下來(lái)，遇到子程序調(diào)用指令時(shí)，進(jìn)入子程序，在子程序中也是每執(zhí)行一條指令后暫停下來(lái);“Step Over”—單片調(diào)試程序與“Step”類(lèi)似，但調(diào)試時(shí)不進(jìn)入子程序;“Step Out”—跳出子程序;“Run to Cursor Line”—鼠標(biāo)點(diǎn)中源程序窗口的某行時(shí)，程序全速運(yùn)行到此行處后暫停;“Show Next Statement”—在源程序文件窗口和反匯編程序窗口中，始終有一個(gè)黃色的箭頭出現(xiàn)在接下來(lái)要執(zhí)行的指令的行首。另外，“Debug”菜單(見(jiàn)圖7-17c)下也有與圖7-18所示快捷圖標(biāo)功能和名稱(chēng)完全相同的子菜單。

圖7-17調(diào)試用菜單和快捷圖標(biāo)

a)調(diào)試用快捷圖標(biāo)欄b)斷點(diǎn)控制快捷圖標(biāo)c)“Debug”菜單

圖7-18程序調(diào)試用快捷圖標(biāo)的作用

(2)斷點(diǎn)的使用

為了更方便地控制調(diào)試中指令暫停的位置，可以在程序的某行或某幾行前加入斷點(diǎn)。加入斷點(diǎn)后，若單擊“Run”快捷菜單，程序會(huì)在有斷點(diǎn)的行暫停下來(lái)。

加入斷點(diǎn)的快捷圖標(biāo)如圖7-17b所示，在“Debug”菜單(見(jiàn)圖7-17c)下也有相應(yīng)的子菜單可實(shí)現(xiàn)相同的功能。當(dāng)鼠標(biāo)停留在快捷菜單上時(shí)，將彈出信息框提示快捷菜單的功能，如圖7-19所示。下面介紹與斷點(diǎn)相關(guān)的快捷圖標(biāo)的作用。

圖7-19斷點(diǎn)相關(guān)快捷圖標(biāo)

a)“Insert/Remove Breakpoint”(添加/刪除斷點(diǎn))b)“Enable/Disable Breakpoint”(允許/禁止斷點(diǎn))

c)“Disable All Breakpoints”(禁止所有斷點(diǎn))d)“Kill All Breakpoints”(去掉所有斷點(diǎn))

“Insert/Remove Breakpoint”(添加/刪除斷點(diǎn))：鼠標(biāo)單擊源程序窗口的某行后，再鼠標(biāo)單擊該快捷菜單，斷點(diǎn)標(biāo)記即出現(xiàn)在該行代碼的行首，如圖7-20a中的第28~30行之前的紅色矩形框就是斷點(diǎn)標(biāo)志。鼠標(biāo)左鍵單擊有斷點(diǎn)的代碼行，然后再單擊該快捷菜單，即可去掉這一行的斷點(diǎn)。另外，雙擊源程序窗口中的代碼行也可以實(shí)現(xiàn)添加和刪除斷點(diǎn)的功能。

圖7-20源程序窗口中的斷點(diǎn)相關(guān)標(biāo)志

a)斷點(diǎn)標(biāo)志b)關(guān)閉指定斷點(diǎn)的斷點(diǎn)功能

“Enable/Disable Breakpoint”(允許/禁止斷點(diǎn))：若希望程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處不暫停下來(lái)，還可以在不去掉斷點(diǎn)的情況下關(guān)閉斷點(diǎn)功能。具體方法是：首先在源程序窗口內(nèi)單擊需要關(guān)閉斷點(diǎn)功能的代碼所在行(必須保證該行之前已經(jīng)加上了斷點(diǎn))，然后單擊該快捷圖標(biāo)。之后，紅色矩形框變成白色矩形框，表示斷點(diǎn)功能已關(guān)閉。如圖7-20b所示，第28行和30行未關(guān)閉斷點(diǎn)功能，程序執(zhí)行到此處會(huì)暫停下來(lái);而第29行被關(guān)閉了斷點(diǎn)功能，程序執(zhí)行到此處不會(huì)暫停下來(lái)。

“Disable All Breakpoints”(禁止所有斷點(diǎn))：直接單擊此快捷菜單后，所有斷點(diǎn)的斷點(diǎn)功能被關(guān)閉，所有代表斷點(diǎn)的紅色矩形框?qū)⒆兂砂咨匦慰颉?

“Kill All Breakpoints”(去掉所有斷點(diǎn))：直接單擊此快捷菜單后，同時(shí)去掉程序中的所有斷點(diǎn)，所有代表斷點(diǎn)的紅色矩形框?qū)⑾А?

3.調(diào)試中常用觀(guān)察窗口的使用方法

進(jìn)入調(diào)試環(huán)境后，可以通過(guò)鼠標(biāo)單擊“View”菜單(見(jiàn)圖7-21)下的子菜單打開(kāi)各種調(diào)試用的觀(guān)察窗口(Window)，也可以通過(guò)鼠標(biāo)左鍵單擊圖7-17a所示的快捷圖標(biāo)打開(kāi)這些窗口。

(1)“Register Window”寄存器窗口

鼠標(biāo)左鍵單擊“View”→“Register Windows”菜單可以打開(kāi)如圖7-22所示的寄存器觀(guān)

察窗口，該窗口顯示了單片機(jī)內(nèi)部主要寄存器的值，包括工作寄存器R0~R7、累加器A、寄存器B、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、程序計(jì)數(shù)器PC和程序狀態(tài)字寄存器PSW的值。另外，該窗口中的“sec”顯示的是程序當(dāng)前已經(jīng)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度，單位是秒。利用“sec”，可查看指令和程序的運(yùn)行時(shí)間。

(2)“Memory Windows”存儲(chǔ)器窗口

單擊“View”→“Memory Windows”菜單下的子菜單“Memory1”“Memory2”“Memory3”和“Memory4”最多可以打開(kāi)4個(gè)不同的存儲(chǔ)器觀(guān)察窗口(見(jiàn)圖7-23)，這些窗口通常顯示在μVision4軟件的右下角。另外，也可以通過(guò)單擊調(diào)試用的快捷圖標(biāo)打開(kāi)這些窗口。

圖7-21“View”菜單

圖7-22“Register Window”寄存器窗口

圖7-23“Memory Windows”存儲(chǔ)器觀(guān)察窗口

a)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容顯示b)程序存儲(chǔ)器內(nèi)容顯示

4個(gè)Memory窗口沒(méi)有差別，均可顯示單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器或程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容?！癕emory Windows”顯示數(shù)據(jù)的來(lái)源，由“Address”文本框中的輸入決定。在Memory窗口中查看存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器數(shù)值的方法如下：

1)若顯示片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，則應(yīng)在“Address”文本框中輸入以“I：”(英文字母大小寫(xiě)均可)開(kāi)頭的數(shù)字。該數(shù)字是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址值，其范圍是0~FFH。通過(guò)該地址可以定位顯示一片存儲(chǔ)器區(qū)域的內(nèi)容。例如，在圖7-23a的“Address”框中輸入的是“i:12H”，

則窗口中顯示的是片內(nèi)RAM中從地址12H開(kāi)始的一片存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù);窗口左側(cè)的“I:0x12”表示片內(nèi)RAM的地址12H(“0x”是十六進(jìn)制數(shù)的前綴，C51程序中使用這種方法表示十六進(jìn)制數(shù));窗口中的數(shù)均為十六進(jìn)制數(shù)，每個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)單元，其中左上角的十六進(jìn)制數(shù)“78”是片內(nèi)RAM中地址為12H的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。

2)若顯示片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，則應(yīng)在“Address”文本框中輸入以“X：”(英文字母大小寫(xiě)均可)開(kāi)頭的數(shù)字，該數(shù)是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址，其范圍是0~FFFFH。

3)若顯示特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)，則應(yīng)在“Address”文本框中輸入以“D：”(英文字母大小寫(xiě)均可)開(kāi)頭的數(shù)字。當(dāng)該數(shù)字在0~7FH范圍內(nèi)時(shí)，為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址;當(dāng)該數(shù)字在80H~0FFH范圍內(nèi)時(shí)，為特殊功能寄存器的地址。

4)若顯示程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，則應(yīng)在“Address”文本框中輸入以“C：”(英文字母大小寫(xiě)均可)開(kāi)頭的數(shù)字。該數(shù)字是程序存儲(chǔ)器的地址，其范圍是0~FFFFH。

(3)變量查看

通過(guò)鼠標(biāo)單擊“View”→“Watch Windows”菜單下的子菜單或圖7-17a中的“Watch Windows”快捷圖標(biāo)可以打開(kāi)用于查看變量值的“Locals”窗口和“Watch”窗

口，如圖7-24所示。

“Locals”窗口用于顯示子程序中局部變量的值。例如，在圖7-24a中，左圖是調(diào)試狀態(tài)下的代碼編輯窗口，其中箭頭指向了第14行，表示子程序Delay_i_ms(unsigned int i)正在執(zhí)行，此時(shí)可以在圖7-24a右圖所示的“Locals”窗口中看到該子程序中局部變量i和j的值。

圖7-24變量觀(guān)察窗口

a)“Locals”窗口b)“Watch”窗口

“Watch”窗口最多可以有兩個(gè)，即“Watch1”和“Watch2”，如圖7-24b所示。調(diào)試時(shí)可以將需要觀(guān)察的變量加入到“Watch”窗口中。在“Watch”窗口中，Name一欄的最下面一行顯示“”，雙擊這一行或按功能鍵〈F2〉時(shí)，該位置變?yōu)榭删庉嫚顟B(tài)，此時(shí)可以在其中輸入變量的名稱(chēng)，之后Value欄中會(huì)顯示該變量的值。例如，在圖7-24b中，左圖顯示的是代碼編輯窗口，其中有變量LED，在右側(cè)的“Watch”窗口中添加變量LED后即可看到LED的值為0。

(4)“Serial Windows”串行窗口

串行窗口可以通過(guò)單擊“View”→“Serial Windows”菜單下的子菜單或圖7-17a中的“Serial Windows”快捷圖標(biāo)打開(kāi)。串行窗口最多有兩個(gè)，在調(diào)試過(guò)程中，用于顯示printf函數(shù)的輸出結(jié)果及接收scanf函數(shù)的輸入。例如，圖7-25a中的3條指令執(zhí)行后，圖7-25b所

示的串行窗口“UART1”中將顯示輸入和輸出結(jié)果。需要注意的是，該窗口模擬的是串口，因此，在使用printf和scanf函數(shù)之前必須進(jìn)行相應(yīng)的串口初始化操作。

圖7-25“Serial Windows”窗口

a)printf與scanf指令b)串行窗口輸入輸出

(5)邏輯分析儀

如圖7-26所示的邏輯分析儀可以顯示變量等的時(shí)域波形，單擊“View”→“Analysis Windows”菜單下的“Logic Analyzer”子菜單或圖7-17a中的“Logic Analyzer”快捷圖標(biāo)可以打開(kāi)其界面。

圖7-26“Logic Analyzer”界面

邏輯分析儀的使用方法是：?jiǎn)螕簟癓ogic Analyzer”界面左上角的“Setup…”按鈕，打開(kāi)“Setup Logic Analyzer”界面(見(jiàn)圖7-27a)，該界面右上角的圖標(biāo)“

”和“

”分別用于添加(New)和刪除(Delete)信號(hào)(變量)。單擊窗口中的“

”圖標(biāo)后，文本框“Current Logic Analyzer Signals”中將添加一個(gè)可編輯行，可以在其中輸入變量名。例如，在圖7-27b中，添加的變量名是LED，該變量為sbit型變量，程序調(diào)試運(yùn)行時(shí)，可以在邏輯分析儀窗口中看到該變量隨時(shí)間變化的波形，如圖7-27c所示。