Keil Monitor-51仿真板的制作與使用

MCS -51單片機(jī)在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛、經(jīng)久不衰。以往單片機(jī)應(yīng)用程序主要用匯編語(yǔ)言編寫。由于匯編語(yǔ)言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語(yǔ)言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序不但周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。為了提高編制單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性可移植性，采用高級(jí)語(yǔ)言無(wú)疑是一種最好的選擇。C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，既具有一般高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)，許多以往只能采用匯編語(yǔ)言來(lái)解決的問(wèn)題現(xiàn)在都可以改用C語(yǔ)言解決。德國(guó)Keil Software公司多年來(lái)致力于單片機(jī)C語(yǔ)言編譯器的研究。該公司開(kāi)發(fā)的Keil C51是一種專為8051單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率C語(yǔ)言編譯器，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)空間極小，完全可以與匯編語(yǔ)言相比美。

近年來(lái)，Keil C51不斷升級(jí)，目前最高版本為V6.20。高版本的Keil C51編譯器，尤其是Keil μVision2（基于Windows的C51集成編譯環(huán)境）以其性能優(yōu)越、使用方便，受到了眾多單片機(jī)愛(ài)好者的歡迎。Keil C51以軟件包的形式向用戶提供主要包括C51交叉編譯器、A51宏匯編器、BL連接定位器等一系列工具和μVision2、軟件仿真器dScope51等開(kāi)發(fā)平臺(tái)。C51具有豐富的函數(shù)庫(kù)，包含100多種功能函數(shù)，為用戶編程提供了極大的方便。C51程序可實(shí)現(xiàn)與匯編語(yǔ)言的接口，兩者相互之間的調(diào)用十分方便。

但目前支持高版本Keil C51編程的仿真器不多，且價(jià)格較高。為此Keil C51提供了Monitor-51仿真板的制作方法，但無(wú)完整的硬件電路圖，軟件設(shè)置也比較繁瑣。http://www.c51bbs.com。也有關(guān)于自制Monitor-51仿真板的專門討論，有很多愛(ài)好者在制作仿真板時(shí)遇到一些問(wèn)題，當(dāng)然也有成功者。筆者也是Keil C51的用戶，并成功自制了Monitor-51仿真板，有一些心得。本文提供了Monitor-51仿真板的硬件電路，并對(duì)其進(jìn)行了分析，詳細(xì)說(shuō)明了監(jiān)控程序的生成方法，對(duì)使用中常出現(xiàn)的問(wèn)題給出了解決方法。

1 硬件電路

Monitor-51仿真板的硬件資源要求如下：

·5K字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間，用于存放監(jiān)控程序；

·256字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（系統(tǒng)需要）和可選的5K字節(jié)的跟蹤緩沖區(qū)；

·足夠大的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間用于裝載完整的用戶應(yīng)用程序；

·串行口及一個(gè)用作波特率發(fā)生器的內(nèi)部定時(shí)器；

·6字節(jié)的堆棧空間，用于用戶程序的測(cè)試；

·如果用戶程序大于64K字節(jié)，P1口的部分引腳要用于程序存儲(chǔ)空間擴(kuò)展；

·其它資源均可為應(yīng)用程序所用。

根據(jù)以上要求，筆者設(shè)計(jì)的Monitor-51仿真板電路原理如圖1。

需要說(shuō)明的是，圖1中存放用戶程序的32K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256的OE（輸出允許引腳），是將CPU的PSEN和RD信號(hào)相與后再與之相連，稱為von Neumann接法。此時(shí)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在PSEN有效時(shí)，就相當(dāng)于外部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)然監(jiān)控程序的存放地址空間不斷與這種接法的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間相重復(fù)。Von Neumann接法的另一個(gè)作用是調(diào)試時(shí)可以在用戶程序代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，監(jiān)控程序修改用戶程序代碼在所有的斷點(diǎn)處插入ACALL指令。

2 監(jiān)控程序

Monitor-51仿真板的監(jiān)控程序可用Keil C51提供的INSTALLBAT批處理文件生成，此文件在路徑下，須在DOS環(huán)境下執(zhí)行，語(yǔ)法如下：

INSTALL serialtype [xdatastart [codestart [BANK] [PROMCHECK]]],[]為可選項(xiàng)。

命令中的各參數(shù)解釋如下：

serialtype:串行通信設(shè)置，現(xiàn)將有關(guān)MCS-51系列單片機(jī)的serialtype設(shè)置的含義列于表1中。

表1 MCS-51系列單片機(jī)的serialtype設(shè)置含義


xdatastart：指定Monitor-51監(jiān)控程序使用的外部存儲(chǔ)單元的頁(yè)號(hào)（一頁(yè)為256字節(jié)）即上節(jié)所需硬件資源的第2項(xiàng)，取值為0-FF之間的十六進(jìn)制數(shù)，缺省值為 FF。例：xdatsatart=FF，則X：0xFF00..X：0xFFFF(X表示外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元)被Monitor-51監(jiān)控程序存放內(nèi)部變量，用戶應(yīng)用程序不能使用。

Codestart：指定監(jiān)控程序代碼在程序存儲(chǔ)起始頁(yè)數(shù)，即起始位置，取值為0～F0之間的十六進(jìn)制數(shù)，缺省值為0。

BANK：可選項(xiàng)，為代碼區(qū)分組的應(yīng)用程序安排，應(yīng)用程序不超過(guò)64K，一般不選此項(xiàng)。

PROMCHECK：可選項(xiàng)，Monitor-51監(jiān)控程序在CPU復(fù)位時(shí)檢查在程序存儲(chǔ)區(qū)0地址處是EPROM還是RAM。

例：INSTALL 0 7F 0

這條命令將設(shè)置波特率為9600bps，內(nèi)部定時(shí)器1為波特率發(fā)生器，要求CPU時(shí)鐘為 11.059MHz，Monitor-51內(nèi)部變量空間為：X： 0X7F00..X：0x7FFF,Monitor-51監(jiān)控程序代碼起始地十為：C：0x0000(C表示程序存儲(chǔ)單元)。該命令生成一個(gè) MON51.HEX,將其固化在EPROM中即可使用。

應(yīng)該提醒的是，INSTALL批處理命令中主要用到兩個(gè)匯編文件：INSTALL.A51和MON_BANK.A51。根據(jù)硬件配置的具體情況，可能要作一些修改。

INSTALL.A51中修改項(xiàng)主要有兩項(xiàng)：

（1）中斷偏移量設(shè)置：當(dāng)Monitor-51監(jiān)控程序在ROM中起始地址為0時(shí)，采用von Neumann接法的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器起始地址為8000H，則中斷偏移量必須設(shè)成8000H，而用戶應(yīng)用應(yīng)用將存放在8000H之后。 INSTALL.A51中的INT_ADR_OFF定義如下：

INT_ADR_OFF EQU 8000H。

（2）波特率修改：Monitor-51的波特率一般設(shè)置成9600bps或自適應(yīng)。若要改成其它波特率，如4800bps，則修改“InitSerial：”節(jié)中的定時(shí)器初始化值。

INSTALL.A51中還有許多其它設(shè)置，一般不作修改。

MON_BANK.A51是為代碼區(qū)分組的應(yīng)用程序安排的，此處不作討論。

3 使用中的幾個(gè)問(wèn)題

按前兩節(jié)提供的硬件電路圖和監(jiān)控程序，如果仿真板與目標(biāo)系統(tǒng)連接無(wú)誤，就可調(diào)試使用。但仿真板與目標(biāo)系統(tǒng)連接有問(wèn)題或Keil C51軟件設(shè)置不當(dāng)會(huì)遇到一些麻煩，在程序調(diào)試中的主要錯(cuò)誤與警告有：

ERROR 22：NO CODE MEMORY AT 0x80xx，這是因?yàn)榉抡姘逵糜诖娣庞脩舫绦虻耐獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與目標(biāo)系統(tǒng)地址存在沖突。應(yīng)檢查硬件電路予以解決。

ERROR L107：ADDRESS SPACE OVERFLOW，這是因?yàn)橛脩舫绦虼笥?mu;Vision2中設(shè)定的允許長(zhǎng)度?？蓪⒂脩舫绦蛟试S長(zhǎng)度設(shè)到仿真板許可的最大值；若還不能解決，可將程序分段進(jìn)行調(diào)試。

WARNNING L1：NURESOLVED EXTERNAL SYMBOL，多數(shù)程序員都遇到過(guò)此警告，這是由于在生成Monitor-51監(jiān)控程序時(shí)（執(zhí)行INSTALL批處理命令）沒(méi)有使用[BANK]選項(xiàng)。解決方法是將Startup.A51文件中第140、141行最前面加“；”號(hào)注釋掉。Startup.A51是加入到用戶工程文件中的匯編程序，使用 Monitor-51仿真板必須加入此文件。

由于Monitor-51仿真板比較簡(jiǎn)單，占用了一些系統(tǒng)資源，有時(shí)給用戶帶來(lái)了不便。程序員實(shí)際編程中常要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）串行接口功能：串行通信是MCS51單片機(jī)經(jīng)常要用到的功能，而MCS-51系列單片機(jī)只有一個(gè)串行通信接口，在與PC機(jī)相連的仿真狀態(tài)時(shí)，串口用于與 PC機(jī)通信。若在應(yīng)用程序中也用到串行口，就會(huì)發(fā)生沖突。解決方法是用戶程序裝載完畢后，運(yùn)行用戶程序，再斷開(kāi)仿真板與PC機(jī)的串行通信線。這樣串口就可歸用戶程序使用了，當(dāng)然這時(shí)PC機(jī)就不能在線調(diào)試了。

（2）外部存儲(chǔ)空間：用戶程序越長(zhǎng)，占用的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間將越大。解決的方法是對(duì)較長(zhǎng)的程序進(jìn)行分段調(diào)試，所有的程序完成后在軟件仿真狀態(tài)（不用 Monitor-51仿真板）生成一個(gè)完整的HEX文件。另外，如果系統(tǒng)中還有其它接口器件占用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，要合理安排。如有一EEPROM要存放歷史數(shù)據(jù)，可以在調(diào)試過(guò)程中用#define預(yù)處理命令將存放歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間定義在較小的范圍內(nèi)，程序編完后再修改范圍進(jìn)行編譯生成HEX文件。

筆者有多年的匯編語(yǔ)言編程經(jīng)歷，改用Keil C51后感覺(jué)很好，編程效率大為提高。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間摸索，自制成了Monitor-51仿真板。使用Monitor-51仿真板，給調(diào)試程序帶來(lái)了極大的方便。雖然仿真板占用了一些系統(tǒng)資源，但經(jīng)合理安排，一般的應(yīng)用程序還是可以承受的。