Proteus单片机C程序调试技巧

2023-11-26 理论教育版权反馈

【摘要】：要想在Proteus中对单片机的C程序进行调试与跟踪，单片机加载的程序必须要有可供调试的信息。Proteus软件支持的单片机仿真调试程序的格式有很多种，如ELF/DWARF、COFF、UBROF格式等，HEX格式的文件可以加载运行，但不能单步执行。请以上节中的仿真练习为例，初步学习Proteus中AVR单片机的C程序调试与跟踪，并在后面的编程学习过程中，能主动地通过C程序调试与跟踪来发现和解决程序中的问题。

单片机程序在编译时，程序中的语法错误通常可以由编译器检查并给出错误信息，但程序中的逻辑错误则需要用户自己来控制和排除。当程序编译通过并在单片机上加载运行时，有时程序运行的结果和用户预想的并不一样，而单纯的阅读和检查C程序源代码并不容易发现错误在那里，此时，就需要对C源程序进行调试和跟踪。通过程序断点或单步执行等方法，检查程序中关键点的运行结果，这样可以很容易发现错误之处。

要想在Proteus中对单片机的C程序进行调试与跟踪，单片机加载的程序必须要有可供调试的信息。Proteus软件支持的单片机仿真调试程序的格式有很多种，如ELF/DWARF、COFF、UBROF格式等，HEX格式的文件可以加载运行，但不能单步执行。CVAVR编译器支持COFF文件格式，其编译输出的“.cof”扩展名文件被仿真电路的单片机加载后，可以进行C源程序调试与跟踪。在ISIS仿真电路中调试程序时，可以做C程序调试所需要的三个主要工作：设置断点，单步执行，观察变量与寄存器值。

ISIS用户界面上4个运行控制按钮分别是“Play”“Step”“Pause”和“Stop”。当单片机加载了“.cof”文件后，可以单击“Play”按钮全速运行。此时若要调试程序，可以按下“Pause”按钮，全速运行的程序将停止在某一行代码上，同时会弹出“AVR Source Code”和“AVR Variables”等几个窗口。如果要从头开始单步调试程序，可以在初始时按“Step”按钮执行程序。若想要的窗口没有弹出，可以通过主菜单“Debug”→“AVR”→“...”命令选择并显示需要的窗口，或者在电路图上右键单击单片机芯片，在弹出的菜单下面“AVR...”中也可进行选择。这些窗口中显示的信息对程序调试非常重要，AVR单片机可供查看的窗口一共有7个，它们分别如下。

1.“AVR Source Code”窗口

这是最重要的一个窗口，带有编译地址的C源程序在这个窗口中显示。在任意一行可执行的代码上双击，可设置此行代码为程序执行断点。断点设置后，断点指令行的最左面会有一个棕色圆点指示。全速执行的程序遇到断点后，将停止在断点指令行上。此时，可以按代码窗口上面的单步执行按钮，并配合查看相应的寄存器或变量值，以检查程序执行结果是否正确。再次双击断点指令行，可以取消断点。

2.“AVR Variables”窗口

这个窗口中显示的是程序中定义的变量，变量的名称、地址、值等属性都有显示，右键单击某一变量，还可更改显示属性。单步执行时，程序中某一变量值被更改，立刻在此窗口中就会有所体现，这对程序调试是非常重要的。在程序调试阶段，最好用“volatile”关键字强制变量存储在RAM中，否则变量值有时不能正常显示。

3.“AVR CPU Registers”窗口

程序指针、CPU状态寄存器、32个通用工作寄存器以及堆栈指针都在这个窗口中显示，随着程序的执行，这些寄存器值都会跟着进行相应的变化，这不仅可以帮助调试程序，还有益于初学者理解AVR单片机的结构和原理。

4.“AVR Data Memory”窗口

AVR单片机的内存数据信息在这个窗口中显示。ATmega8A单片机前96个内存地址分配给了32个通用工作寄存器和64个I/O寄存器，所以窗口中显示的1 024个字节的内存地址是从0x0060开始，到0x45F结束。(www.chuimin.cn)

5.“AVR EEPROM Memory”窗口

AVR单片机的EEPROM中存储的数据在这个窗口中显示。

6.“AVR Program Memory”窗口

Flash程序存储器中，经编译后生成的机器指令，在这个窗口中以十六进制数据显示。

7.“AVR I/O Registers”窗口

AVR单片机的64个I/O寄存器的数据在这个窗口中显示。

此外，主菜单“Debug”下面还有一个“Watch Window”，选中后可以用来集中显示某些特定的寄存器和变量的值，在调试程序时也很有帮助。有时，float类型变量在“AVR Variables”窗口中显示出现问题时，可在这个窗口中进行特定设置而正常显示。向窗口中添加要观察的寄存器时，应右键单击“Watch Window”窗口，在弹出的菜单中选择“Add Items（By Name...）”，然后双击要显示的寄存器名称即可。如果向窗口中添加要观察的变量，则应右键单击窗口，在弹出的菜单中选择“Add Items（By Address...）”，然后在弹出的窗口中设置正确的变量参数。若变量在内存中，“Memory”项应选“AVR SRAM...”或“AVR Data Memory...”，“Name”项为程序中定义的变量名，“Address”值可根据“AVR Variables”窗口中给出的对应变量地址填入。数据类型要根据变量的定义选择，如果定义的是float类型，应选“IEEE Float（4 bytes）”。变量的显示格式，可根据需要选择。

程序调试是编程工作的一个重要方面，可以用来快速定位程序中存在的问题，并具有针对性地分析代码，实现快速解决问题的目的。对于初学者，调试中可以很清晰地看到程序的执行过程以及每一步产生的变化，这样直观的体验不仅比读代码更有益于学习，而且还有益于初学者对AVR单片机的结构和原理的理解。

请以上节中的仿真练习为例，初步学习Proteus中AVR单片机的C程序调试与跟踪，并在后面的编程学习过程中，能主动地通过C程序调试与跟踪来发现和解决程序中的问题。

Proteus单片机C程序调试技巧

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