單片機程序調(diào)試的具體方法是什么

當程序的運行結(jié)果與預(yù)期不同時，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誤。下面介紹程序調(diào)試的具體方法。

1.進入調(diào)試環(huán)境的方法

通過單擊μVision4工具欄上的快捷菜單“Start/Stop Debug Session”(見圖7-15a)或“Debug”→“Start/Stop Debug Session”子菜單(見圖7-15b)進入調(diào)試狀態(tài)，其界面如圖7-16所示。在調(diào)試狀態(tài)下，工具欄中會出現(xiàn)用于調(diào)試的快捷圖標欄(見圖7-17a、b)，并且“Debug”菜單下會出現(xiàn)更多用于程序調(diào)試的子菜單(見圖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，當其無法完成預(yù)期任務(wù)時，程序員需要確定程序中哪一行指令出現(xiàn)了問題，此時需要調(diào)試程序，即跟蹤和分析程序執(zhí)行的結(jié)果。在調(diào)試過程中，可以執(zhí)行一行、幾行或一段指令后停下來查看寄存器、變量或存儲單元的值。

(1)控制指令執(zhí)行

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

圖7-17調(diào)試用菜單和快捷圖標

a)調(diào)試用快捷圖標欄b)斷點控制快捷圖標c)“Debug”菜單

圖7-18程序調(diào)試用快捷圖標的作用

(2)斷點的使用

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。加入斷點后，若單擊“Run”快捷菜單，程序會在有斷點的行暫停下來。

加入斷點的快捷圖標如圖7-17b所示，在“Debug”菜單(見圖7-17c)下也有相應(yīng)的子菜單可實現(xiàn)相同的功能。當鼠標停留在快捷菜單上時，將彈出信息框提示快捷菜單的功能，如圖7-19所示。下面介紹與斷點相關(guān)的快捷圖標的作用。

圖7-19斷點相關(guān)快捷圖標

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

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

“Insert/Remove Breakpoint”(添加/刪除斷點)：鼠標單擊源程序窗口的某行后，再鼠標單擊該快捷菜單，斷點標記即出現(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標志。鼠標左鍵單擊有斷點的代碼行，然后再單擊該快捷菜單，即可去掉這一行的斷點。另外，雙擊源程序窗口中的代碼行也可以實現(xiàn)添加和刪除斷點的功能。

圖7-20源程序窗口中的斷點相關(guān)標志

a)斷點標志b)關(guān)閉指定斷點的斷點功能

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

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

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

3.調(diào)試中常用觀察窗口的使用方法

進入調(diào)試環(huán)境后，可以通過鼠標單擊“View”菜單(見圖7-21)下的子菜單打開各種調(diào)試用的觀察窗口(Window)，也可以通過鼠標左鍵單擊圖7-17a所示的快捷圖標打開這些窗口。

(1)“Register Window”寄存器窗口

鼠標左鍵單擊“View”→“Register Windows”菜單可以打開如圖7-22所示的寄存器觀

察窗口，該窗口顯示了單片機內(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”顯示的是程序當前已經(jīng)運行的時間長度，單位是秒。利用“sec”，可查看指令和程序的運行時間。

(2)“Memory Windows”存儲器窗口

單擊“View”→“Memory Windows”菜單下的子菜單“Memory1”“Memory2”“Memory3”和“Memory4”最多可以打開4個不同的存儲器觀察窗口(見圖7-23)，這些窗口通常顯示在μVision4軟件的右下角。另外，也可以通過單擊調(diào)試用的快捷圖標打開這些窗口。

圖7-21“View”菜單

圖7-22“Register Window”寄存器窗口

圖7-23“Memory Windows”存儲器觀察窗口

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

4個Memory窗口沒有差別，均可顯示單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器或程序存儲器中的內(nèi)容?！癕emory Windows”顯示數(shù)據(jù)的來源，由“Address”文本框中的輸入決定。在Memory窗口中查看存儲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：”(英文字母大小寫均可)開頭的數(shù)字。該數(shù)字是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的地址值，其范圍是0~FFH。通過該地址可以定位顯示一片存儲器區(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開始的一片存儲單元中的數(shù)據(jù);窗口左側(cè)的“I:0x12”表示片內(nèi)RAM的地址12H(“0x”是十六進制數(shù)的前綴，C51程序中使用這種方法表示十六進制數(shù));窗口中的數(shù)均為十六進制數(shù)，每個數(shù)對應(yīng)于一個字節(jié)單元，其中左上角的十六進制數(shù)“78”是片內(nèi)RAM中地址為12H的存儲單元中的數(shù)據(jù)。

2)若顯示片外數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)，則應(yīng)在“Address”文本框中輸入以“X：”(英文字母大小寫均可)開頭的數(shù)字，該數(shù)是片外數(shù)據(jù)存儲器的地址，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：”(英文字母大小寫均可)開頭的數(shù)字。當該數(shù)字在0~7FH范圍內(nèi)時，為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的地址;當該數(shù)字在80H~0FFH范圍內(nèi)時，為特殊功能寄存器的地址。

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

(3)變量查看

通過鼠標單擊“View”→“Watch Windows”菜單下的子菜單或圖7-17a中的“Watch Windows”快捷圖標可以打開用于查看變量值的“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變量觀察窗口

a)“Locals”窗口b)“Watch”窗口

“Watch”窗口最多可以有兩個，即“Watch1”和“Watch2”，如圖7-24b所示。調(diào)試時可以將需要觀察的變量加入到“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，該位置變?yōu)榭删庉嫚顟B(tài)，此時可以在其中輸入變量的名稱，之后Value欄中會顯示該變量的值。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

串行窗口可以通過單擊“View”→“Serial Windows”菜單下的子菜單或圖7-17a中的“Serial Windows”快捷圖標打開。串行窗口最多有兩個，在調(diào)試過程中，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”快捷圖標可以打開其界面。

圖7-26“Logic Analyzer”界面

邏輯分析儀的使用方法是：單擊“Logic Analyzer”界面左上角的“Setup…”按鈕，打開“Setup Logic Analyzer”界面(見圖7-27a)，該界面右上角的圖標“

”和“

”分別用于添加(New)和刪除(Delete)信號(變量)。單擊窗口中的“

”圖標后，文本框“Current Logic Analyzer Signals”中將添加一個可編輯行，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)試運行時，可以在邏輯分析儀窗口中看到該變量隨時間變化的波形，如圖7-27c所示。

圖7-27“Setup Logic Analyzer”對話框的使用

a)“Setup Logic Analyzer”邏輯分析儀設(shè)置對話框b)添加被觀察變量c)被觀察變量的波形