Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。如果找到Proteus支持的编译器，Proteus 将自动进行配置并在Proteus 中调用这些编译器编译源代码。图2-40 仿真控制面板2.3.4 Proteus8.0与Keil连接调试Keil 是德国Keil 公司开发的 8051单片机软件开发平台，经过不断升级，现已经成为一个重要的单片机开发平台。......
2023-11-17
Keil软件延时-单片机原理与C语言应用
【摘要】：其实，keil C51的调试模式间接地提供了程序延时的方法，下面通过实验来说明。因为Keil软件本身具备程序优化的功能，如果想在所有的代码位置都能设置断点，可以在工程选项里把优化等级设置为0，就是告诉Keil不要进行优化，如图4-29所示。
1.任务要求
利用C51循环语句来实现不精确延时。
2.任务目的
（1）熟悉Keil软件的调试功能。
（2）进一步学习单片机工作的原理。
3.任务分析与实施
在前面学习的任务中，都涉及一个功能，就是延时，有用延时函数的，也有用for循环语句实现的，方法不一。实际的单片机应用系统开发过程中，由于程序功能的需要，经常编写各种延时程序，延时时间从数微秒到数秒不等，对于许多C51开发者特别是初学者编制非常精确的延时程序有一定难度。本任务从软件实现的角度出发，介绍编制非精确延时和精确延时程序的方法，并给出各种方法使用的详细步骤，以便大家能够很好地理解掌握。
C51语言常用的延时方法如图4-21所示。
图4-21 C 语言延时方法
图4-21是C51语言编程常用的四种延时方法，其中两种为非精确延时，两种为精确延时。for语句和while语句都可以通过改变i的范围来改变延时时间，但是C51语言循环的执行时间都是不能通过程序看出来的。
精确延时有两个方法，一个方法是用定时器来延时，这个方法在定时器与数码管项目中要详细介绍。另外一个就是用库函数 nop （）；，一个NOP的时间是一个机器周期的时间。
非精确延时，主要用在一些延时时间不是很精确、能够达到延时效果即可的地方，如小灯闪烁、流水灯等简单演示实验中使用，而实际项目开发过程中其实这种非精确延时用得很少。
uVision4集成开发环境中集成了专用的调试器，其内部有一个高速的软件模拟器，可以模拟整个8051单片机CPU、片上外围器件和寄存器的运行，并可以直观地查看程序运行时单片机的状态。uVision4集成开发环境有两种工作模式，一种是创建模式，它是uVision4集成开发环境默认的工作模式，在为8051系列单片机开发应用程序时使用的是创建模式。另一种工作模式是调试模式，用于对创建模式下编译完成的程序代码进行仿真调试。这里需要说明的是，调试的过程不是软件开发所必需的，只有当我们有需要的时候才进入该状态。
现在以任务4.1为例来观察C51是如何控制LED小灯闪烁的，该项目采用的延时方式是for（i＝0；i<30000；i++）；如果把这里的i改成 100，下载进入单片机，会发现小灯一直亮，而不是闪烁状态，这是为什么呢？
实际情况是人的眼睛对闪烁的光线有一个最低分辨能力，通常情况下当闪烁的频率高于50 Hz时，我们看到的信号就是常亮的，换句话说，闪烁周期低于1/50 s，即20 ms的时候，人的肉眼是分辨不出来小灯是在闪烁的，可能最多看到的是小灯亮暗稍微变化了一下。要想清楚地看到小灯闪烁，延时的时间要大一点，大到什么程度呢？不同的亮度的灯不完全一样，这个可以通过做实验来确定。
其实，keil C51的调试模式间接地提供了程序延时的方法，下面通过实验来说明。
（1）选择Keil菜单“Project”→“Options for Target‘Target1’...”，或者点击在
图标，进入工程选项，如图4-22所示。
图4-22 工程选项——时钟频率设置
打开Target选项卡，在Xtal（MHz）位置填写进行模拟时间的晶振选项，这个项目单片机所使用的晶振是11.0592 MHz，所以这个地方要填上“11.0592”。然后找到Debug选项卡，选择左侧的“Use Simulator”，点击“OK”，如图4-23所示。
图4-23 工程选项——仿真设置
（2）编译应用程序。程序在开始调试前需要进行一次成功的编译，以使所有的设置和代码生效，成功编译后会有相应提示，如图4-24所示。
图4-24 编译成功后的信息
（3）进入调试模式。在修改了晶振频率并对程序进行正确编译后，就可以开始仿真调试。首先需要将集成开发环境置于调试模式。方法是选择菜单“Debug”→“Start/Stop Debug Session”，或者点击图4-25中方框内的按钮，将会进入一个新的页面，如图4-26所示。
图4-25 启动/结束调试按钮
图4-26 工程调试界面
在图4-27中，最左侧那一栏显示单片机寄存器的当前值和系统信息，最上面那一栏是Keil将C语言转换成汇编的代码，下面是写C语言程序的代码，调试界面包含很多的子窗口，都可以通过菜单View中的选项打开和关闭。如果感觉这种默认的分布不符合习惯或者不方便观察特定信息，可以调整子窗口的位置。比如想把Disassembly反汇编窗口和源代码窗口横向并排摆放，那么只需要用鼠标拖动反汇编窗口的标题栏，这时会在屏幕上出现多个指示目标位置的图标，拖着窗口把鼠标移动到相应的图标上，软件还会用蓝色底纹指示具体的位置，如图4-27所示，松开鼠标窗口就会放到新位置了。调整后的效果如图4-28所示。
(www.chuimin.cn)
图4-27 调整窗口位置
图4-28 窗口位置调整效果
这时在C语言的源代码文件和反汇编窗口内都有一个黄色的箭头，这个箭头代表的就是程序当前运行的位置，因为反汇编内的代码就由源文件编译生成的，所以它们指示的是相同的实际位置。在这个工程调试界面里，我们可以看到程序运行的过程。在左上角的工具栏里有三个按钮：第一个标注有RST字样的是复位按钮
，单击之后，程序就会跑到最开始的位置运行；右侧紧挨着的按钮是全速运行按钮
，单击之后，程序就会全速跑起来；再右边打叉的是停止按钮
，当程序全速运行起来后，我们可以通过点击第三个图标来让程序停止，观察程序运行到哪里了。点击一下复位后，会发现C语言程序左侧有灰色或绿色，有的地方还是保持原来的白色，可以在灰色的位置双击鼠标设置断点，例如，程序一共15行，在第10行设置断点后，点击全速运行按钮，程序就会运行到第10行停止，方便我们观察运行到这个地方的情况。
（4）设置断点。有的位置可以设置断点，有的地方不可以设置断点，这是为什么呢？因为Keil软件本身具备程序优化的功能，如果想在所有的代码位置都能设置断点，可以在工程选项里把优化等级设置为0，就是告诉Keil不要进行优化，如图4-29所示。
图4-29 工程优化等级
这里主要是查看C语言代码的运行时间，在最左侧的“Register”框内有一个“sec”选项，这个选项显示的是单片机运行了多少时间。单击复位按钮，会发现“sec”变成了0，然后在P0＝0x00；这一句设置一个断点（左键双击行号），在P0＝0xff；这个位置再设置一个断点，点击全速运行按钮，会直接停留在P0＝0x00；会看到时间变化成0.00010373 s，如图4-30所示。注意，这里设置的优化等级是默认的8，如果使用的是其他等级，运行时间就会有所差别，因为优化等级会直接影响程序的执行效率。
图4-30 查看程序运行时间（一）
再单击全速运行按钮，会发现sec 变成了0.04823040，如图4-31所示，那么减去上次的值，就是程序在这两个断点之间执行所经历的时间，也就是这个for循环的执行时间，大概是48 ms。可以通过改变30000这个数字来改变这个延时时间。要注意i的取值范围，如果大于65535，程序就无法运用，因为i无论如何变化，都不会大于这个值，如果要大于这个值且正常运行，必须改变i定义的类型。
图4-31 查看程序运行时间（二）
（5）使用监视窗口调试。在调试的过程中，可以使用观察窗口来查看寄存器的状态、时间值、变量值等。打开观察窗口的方法可以使用调试工具栏上的相关按钮，也可以在“视图”和“外围设备”菜单中打开。
实际上，在debug模式中，除了可以查看程序运行了多长时间外，还可以观察各个寄存器、各个变量的数值变化情况。点击View 菜单里的“Watch Windows”→“Watch 1”，可以打开变量观察窗口，如图4-32所示。
图4-32 变量观察窗口
在这个窗口内，可以通过双击鼠标或按F2键，然后输入我们想观察的变量或寄存器的名字，后面就会显示出它的数值，在图4-32中，观察变量i的值是0x7530，其十进制为30000。
观察P0端口的变化。在“
”（外围设备）菜单栏中选择“I/O Ports”→“Port 0”选项，如图4-33所示。
图4-33 端口监视窗口调试（一）
寄存器P0的监视窗口会出现在软件界面上，如图4-34所示。
图4-34 端口监视窗口调试（二）
将监视窗口拖至合适的位置，单击单步运行按钮，Port0端口的值将随程序运行位置的变化而变化，如图4-35所示。
图4-35 端口监视窗口调试（三）当前状态为P0＝0xff
Keil uVision提供了功能强大的调试功能，在实践中要充分利用其提供的各项功能，尤其是通过调试窗口可以很方便地观察寄存器、系统参数、内存变量、函数入口、函数调用关系、各端口变化情况等。同时，可将C语言、汇编语言（通过反汇编生成）、机器代码（可以直接观察指令长度）在同一窗口显示，这些功能将抽象的理论学习变得具体的、形象的、可观察到的内容，这对学习单片机原理是很有帮助的。
根据本项目学习的知识技巧，调整任务4.2程序中i的值，使其延时精确到500 ms。
参考值如图4-36所示，当i的值为50000时，发现for运行时间约为494 ms，接近500 ms。
图4-36 for循环确定延时时间
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