第5章Keil C51与Proteus软件使用简介
Keil C51和Proteus是使用较多的两种单片机系统开发工具，它们功能强大、简单易用，特别适合初学者。Keil C51和Proteus诞生至今，均经历了多个版本，本章分别以Keil μVision 5版和Proteus ISIS 7．8 Professional版为例，介绍Keil C51和Proteus软件的工作环境和一些基本操作。
5．1Keil C51软件使用
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，可以在Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP等操作系统上运行。Keil提供了包括编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(μVision)将这些部分组合在一起，支持汇编、C、PL/M语言。系统提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调制工具，界面友好，易学易用。
μVision中的文件采用项目方式管理，各种C51源程序、汇编源程序、头文件等都放在项目文件里统一管理。一般操作步骤如下: 
(1) 启动软件; 
(2) 建立项目文件; 
(3) 给项目添加程序文件; 
(4) 编译、连接项目，形成目标文件; 
(5) 仿真运行、调试、观察结果。
接下来以一个简单的实例来完整地介绍Keil C51的处理过程和基本操作。
P1口连接8个发光二极管指示灯，编程实现流水灯的控制，从低位到高位轮流点亮指示灯，一直重复。
5．1．1启动Keil C51
双击桌面上的μVision 5图标，界面如图51所示，接着出现主界面，如图52所示。μVision 5的主界面窗口标题栏下紧接着是菜单栏，菜单栏下面是工具栏，工具栏下面的左边是项目管理窗口，右边是编辑窗口，可以通过视图菜单(View)下面的命令打开或关闭。文件操作、编辑操作、项目维护、开发工具选项设置、调试程序、窗口选择和处理在线帮助等各种操作菜单都由菜单条提供，而由用户自行设置的键盘快捷键由工具条提供。


图51启动μVision 5时显示的界面





图52μVision 5的主界面







μVision 5有编辑模式和调试模式两种操作模式，通过用Debug菜单下的Star/Stop Debugging(开始/停止调试模式)命令切换。在编辑模式中可以建立项目、文件，编译项目、文件产生可执行程序; 调试模式则提供一个非常强劲的用来调试项目的调试器。
5．1．2新建项目文件
μVision 5采用项目方式管理，新建项目时可以首先建一个用于存放项目的文件夹，然后启动μVision 5，建立项目文件，具体过程如下: 
(1) 在编辑模式下，选择Project菜单下的New μVision Project命令，弹出如图53所示的Create New Project对话框。


图53Create New Project对话框




图54Select Device for Target 'Target 1'…对话框

(2) 在Create New Project对话框中选择新建项目文件的位置(为项目建立的文件夹)，输入新建项目文件的名称，项目文件类型固定为uvproj，例如，项目文件名为example，单击“保存”按钮，将弹出如图54所示的Select Device for Target 'Target 1'…对话框，用户可以根据使用情况选择单片机型号，如选择AT89C51。μVision 5几乎支持所有的51核心的单片机，并以列表的形式给出。选中芯片后，在右边的描述框中将同时显示选中芯片的相关信息以供用户参考。
(3) 选择好单片机芯片后，单击“确定”按钮，此时弹出Copy Standard 8051 Startup Code to Project Folder and Add File to Project确认对话框，如图55所示。若用C51语言编写程序，则选择“是”; 若用汇编语言编写程序，则选择“否”。本节实例用C51语言编写，所以选择“是”。此时，项目文件就创建完成。项目文件创建后，界面如图56所示，从左边的项目管理器窗口中可以看到新建的项目“Project: example”，此时的项目只是一个框架，随后需要向项目文件中添加相应的程序文件内容。


图55确认对话框





图56新建项目文件后的工作界面


5．1．3添加程序文件
项目文件建立好后，开始编写程序，给项目文件加入程序文件。μVision 5支持C语言程序，也支持汇编语言程序。若程序文件已经建立好了，可直接添加; 若还没有程序文件，须先建立程序文件再添加，过程如下: 
(1) 如果没有程序文件，则应先用File菜单下的New命令建立程序文件，输入文件内容，并通过File菜单下的Save as命令输入文件名，保存文件。
需要注意的是，输入文件名时，必须输入正确的扩展名。若用C语言编写程序，则扩展名为．C; 若用汇编语言编写程序，则扩展名为．ASM。
这里新建一个C语言程序，用于实现P1口连接的8个发光二极管指示灯，从低位到高位轮流点亮，一直重复，存盘为Text1．C文件，具体内容如下: 

#include <reg51.h>

#include <intrins.h>

#define uchar unsigned char 

#define uint unsigned int 

void delay(uint); 

void main(void)

{

uint i;

uchar temp;

while(1)

{

temp=0xFE;

for(i=0;i<8;i++) 

{

P1=temp;

delay(500); 

temp = _crol_(temp，1);

}}} 

void delay(uint t) 

{

register uint bt;

for(;t;t--)

for(bt=0;bt<255;bt++);

}

(2) 程序文件建立好后，在项目管理器窗口中，展开Target 1项，可以看到Source Group 1子项。
(3) 右击SourceGroup 1，在菜单中选择Add New Item to Group 'Source Group 1'命令，如图57所示。


图57选择Add New Item to Group 'Source Group 1'命令


(4) 弹出Add Files to Group 'Source Group 1'对话框，如图58所示。在该对话框中选择需要添加的程序文件，单击Add按钮便可以把所选文件添加到项目中。
注意，添加文件时，文件类型默认为*．c，当添加汇编程序时，需在文件类型选择框中选择*．a。另外，在项目管理器的Source Group 1下面选中对应的文件，在右键菜单中可以执行Remove File（移除）等命令。



图58Add Files to Group 'Source Group 1'对话框


5．1．4编译连接成目标文件
程序文件添加到项目文件后，用Project菜单下的Build Target命令(或快捷键F7)，进行编译、连接，以形成目标文件。编译、连接后的界面显示情况如图59所示。


图59编辑、连接后的界面


编译成功后，在界面底部的信息窗口会给出提示信息。如果编译失败，在信息窗口中会给出错误提示报告。双击错误报告某一行，窗口会自动跳到程序出错处，便于修改。修改后可以再次进行编译、连接。
5．1．5运行调试、观察结果
项目编译、连接成功后，进入调试模式，通过仿真运行观察结果。
首先执行Debug菜单下的Start/Stop Debugging命令(快捷键Ctrl+F5)进入调试模式，如图510所示; 然后执行Debug菜单下的Run命令(快捷键F5)连续运行; 接着执行Debug菜单下的Stop命令(快捷键Esc)停止运行; 接着就可以选择View菜单调出各种输出窗口观察结果，选择Peripherals菜单观察51单片机内部资源，图511为调出Peripherals菜单下的P1口观察的结果; 最后，运行调试完毕，先执行Stop命令停止运行，再执行Debug菜单下的Star/Stop Debug Session命令退出调试模式，结束仿真运行过程，回到编辑模式。



图510启动调试过程




图511P1口仿真窗口



当Keil μVision 5用于软件和硬件仿真时，如果不是工作在默认情况下，就需要在编译、连接之前对它进行设置，设置须在编译模式下，右击项目窗口中当前的Target 1，从弹出的快捷菜单中选择Options for Target 'Target 1'…命令，对如图512所示的对话框中的11个选项卡内容进行设置。


图512Options for Target 'Target 1'…对话框


值得说明的是，如图513所示，Output选项卡中，勾选“Create HEX File”复选框，使程序编译后产生HEX代码，供下载器软件使用，把程序下载到AT89C51单片机中。


图513Output 选项卡 


另外，调试模式下，提供了多种调试方法对程序进行调试，主要方法如下: 
(1) 设置和删除断点: 设置/删除断点最简单的方法是双击待设置断点的源程序行或反汇编程序行，或用断点设置命令Insert/Remove Breakpoint。
(2) 查看和修改寄存器的内容: 仿真式寄存器的内容显示在寄存器窗口，用户除了可以观察外，还可以自行修改，单击选中一个单元，输入相应的数值，按Enter键即可; 另外，可使用底部的命令行窗口进行修改。
(3) 观察和修改变量: 具体过程为，选择View→Watch & Call stack Window菜单命令，出现相应的窗口，选择Watch l~3中的任意窗口，按下F2键，在Name栏中填入用户变量名，但必须是存在的变量。如果想修改数值，可单击Value栏，出现文本框后，输入相应的数值。用户可以连续修改多个不同的变量。
在用户停止程序运行时，移动鼠标光标到要观察的变量上停大约1秒，就会弹出一个变量提示对话框。
(4) 观察存储器区域: μVision 5可以区域性地观察和修改所有的存储器数据。
μVision 5把MCS51单片机内核的存储器资源分成以下4个区域: ①内部可直接寻址RAM区data，IDE表示为D: xx; ②内部间接寻址RAM区idata，IDE表示为I: xx; ③外部RAM区xdata，IDE表示为X: xxxx; ④程序存储器ROM区code，IDE表示为C: xxxx。这4个区域都可以在View菜单下的Memory Windows中观察和修改。在地址输入栏内输入待显示的存储器区的起始地址，就可看到各存储器单元的内容。若要修改存储器内容，可以用鼠标对准要修改的存储器单元，右击，从弹出的快捷菜单中选择Modify Memory at 0x…命令，在接着弹出的对话框文本输入栏内输入相应数值后按Enter键，修改完成，或者直接双击存储单元，并输入相应数值即可。注意代码区数据不能更改。
5．2Proteus软件使用
Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中，ISIS是一款便捷的电子系统仿真软件平台，ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus ISIS运行于Windows操作系统上，是一款集单片机和SPICE分析于一身，功能极其强大的仿真软件，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。Proteus ISIS实现了单片机仿真和分析电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能，支持68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PICI6系列、PIC18系列、280系列、HC11系列等单片机类型及各种单片机外围电流仿真。同时，该软件可以提供全速、单步、设置断点等软件调试功能，并可以支持Keil μVision等第三方软件的编译和调试环境。另外，Proteus ISIS具有强大的原理图绘制功能。
接下来以5．1节的流水灯控制实例来完整地介绍Proteus ISIS的处理过程和基本操作。在AT89C51单片机小系统的基础上，P1口连接8个发光二极管指示灯，编程实现流水灯的控制，从低位到高位轮流点亮指示灯，一直重复。在Keil μVision中编程序，形成HEX文件，在Proteus中设计硬件，下载程序，运行并查看结果。Proteus ISIS的处理过程一般如下。
5．2．1启动Proteus 
双击桌面上的ISIS 7．8 Professional图标，出现如图514所示的显示界面后，进入Proteus ISIS集成环境，如图515所示。


图514启动时显示的界面




图515Proteus ISIS的工作界面


Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，包括标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、方向控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口等。

5．2．2新建电路，选择元件
新建电路，选择元件的具体过程如下: 
(1) Proteus ISIS软件打开后，系统默认新建一个名为UNTITLED的未存盘的原理图文件，如图516所示。执行File菜单下的Save命令或者Save as命令，可以对该文件进行存盘，默认扩展名。为了使用方便，通常与Keil μVision编写的程序放在同一文件夹中。


图516Proteus ISIS窗口


(2) 在主要模型下选择Component Mode选择元件工具，然后再单击窗口右上角的按钮P，如图515所示，打开如图517所示的元件选择窗口。


图517元件选择窗口


(3) 在元件选择窗口的Keywords文本框中输入元件关键字，搜索元件。Proteus中部分常用的元件如表51所示，找到元件后，双击元件将元件添加到列表栏，如图518所示，添加后的元件列于DEVICES元件列表栏中。实例中所用到的元件有AT89C51单片机、按钮BUTTON、晶振CRYSTAL、发光二极管LEDRED、电阻RES以及电容CAP。


图518添加元件到DEVICES元件列表栏中



表51Proteus中部分常用的元件



元 件 名 称中文名说明元 件 名 称中文名说明

7407驱动门BATTERY电池／电池组

1N914二极管CAP电容

74LS00与非门CAPACITOR电容器

74LS04非门CLOCK时钟信号源

74LS08与门CRYSTAL晶振

74LS390TTL双十进制计数器FUSE保险丝

7SEG7段式数码管开始字符LAMP灯

LED发光二极管POTHG三引线可变电阻器

LM016L2行16列液晶RES电阻

MOTOR马达RESISTOR电阻器

SWITCH开关RESPACK排阻

BUTTON按钮805151系列单片机

Inductor电感ARMARM系列

Speakers & Sounders扬声器PICPIC系列单片机

ALTERNATOR交流发电机AVRAVR系列单片机

5．2．3放置和调整元件
放置元件的过程如下: 
(1) 选择Component Mode工具。
(2) 单击DEVICES元件列表中的元件名称，选中元件，这时在预览窗口将出现该元件的形状，此时选择方向工具，可改变元件的放置方向。移动鼠标到编辑窗口，单击，在鼠标指针处会出现元件形状，再移动鼠标，把元件移动到合适的位置，单击，元件就被放在相应的位置上。通过相同的方法，把所有元件放置到编辑窗口相应的位置，电源和地是在配件的终端接口中。本实例的放置情况如图519所示。


图519放置元件


元件放置后，可通过移动、旋转、删除、属性修改等操作对元件进行编辑。首先要选中元件。元件选择有以下几种方式: ①单击选择; ②对于活动元件，如按钮BUTTON等，通过鼠标左键拖动选择; ③对于一组元件的选择，可以通过鼠标左键拖动选择框内的所有元件，也可按住Ctrl键再用鼠标左键依次单击要选择的元件。选中元件后，用鼠标左键拖动所选元件可以移动元件; 按键盘的Delete删除键或者在选中的元件上右击，从弹出的快捷菜单中选择Delete Object命令可以删除元件; 在右键菜单中选择相应的旋转选项可以旋转元件或修改元件属性。不同元件的元件属性对话框不同，如图520所示为电阻属性对话框。


图520电阻属性对话框


5．2．4连接导线
元件放置并调整完成后，需要用导线将各元件连接，形成电路图。在Proteus中，元件引脚间的连接有导线和总线两种连接方式。导线连接简单，但不适用于复杂电路，总线方式连接复杂，但适合连线较多的情况，而且电路美观。
1． 导线连接方式
导线连接过程如下: 
(1) 把鼠标指针移动到第一个元件的连接点，鼠标指针前会出现“．”形状，单击，这时会从连接点引出一条导线。
(2) 移动鼠标指针到第二个元件的连接点，在第二个元件的连接点上，鼠标指针前也会出现“．”形状，单击，则在两个元件连接上导线，这时导线的走线方式是系统自动的而且是走直线，如果用户要控制走线路径，只需在相应的拐点处单击，如图521所示。


图521导线的连接


用户也可用工具(Tools)菜单下面的自动走线命令(Wire Auto Router)取消自动走线，这时连接形成的就是直接从起点到终点的导线。另外，如果没有到第二个元件的连接点就双击，则从第一个元件的连接点引出一段导线。
(3) 导线加标签。也可通过加标签的方法进行导线连接。给导线加标签用主要模型中的放置线标签工具。处理过程如下: 单击放置线标签按钮，移动鼠标到需要加标签的导线上时，鼠标指针前会出现“×”形状，单击，弹出编辑线标签窗口，如图522所示。在String窗口组合框中输入线标签名。在一个电路图中，标签名相同的导线在逻辑上是连接在一起的。


图522编辑线标签窗口


2． 总线方式
总线用于元件中间段的连接，便于减少电路导线的连接，而元件引脚端的连接必须用一般的导线。因此，使用总线时主要涉及绘制总线和导线与总线的连接。
(1) 绘制总线
通过用主要模型中的绘制总线(Buses Mode)工具来绘制总线。选中该工具后，移动鼠标到编辑窗口，在需要绘制总线的开始位置单击，移动鼠标，到结束位置再单击，便可绘制出一条总线。
(2) 导线与总线的连接
导线与总线的连接通常是从导线向总线方向连线，连接时一般有直线和斜线两种，如图523所示，斜线连接时一般要取消自动走线。


图523导线与总线的连接


总线绘制完成后，可以同时给总线中的一组信号线加标签，处理过程与导线加标签相同，标签采用例如A［0］，A［1］，…，A［7］的形式。此时，便给总线中的8根信号线加了标签，8根信号线的标签名分别为A0，A1，…，A7。对于连接在总线上的导线，如果标签名相同，则它们在逻辑关系上是连接在一起的，如图524所示。


图524总线上信号线的连接


本实例中，电阻R1阻值设置为1kΩ，R2~R9是LED的限流电阻，阻值设置为200Ω，线路比较简单，采用导线方式连接，连接后的电路如图525所示。


图525导线连接图


5．2．5给单片机加载程序
各元件连接完成后，就可以给单片机加载程序。加载的程序只能是HEX文件，可以在Keil μVision软件中来设计，形成HEX文件，具体见5．1．5节。程序文件通常和硬件电路文件保存在同一文件夹下。
针对在Keil μVision中编译形成的名为example．hex的HEX文件，其加载过程如下: 在Proteus电路图中，选中单片机AT89C51芯片，单击(或从菜单中选择Edit Properties命令)，打开AT89C51的属性对话框，如图526所示。然后，在Program File框中选择example．hex文件，将其加载到AT89C51芯片中。


图526AT89C51的属性对话框



5．2．6运行仿真查看结果
程序加载完成后，可以通过运行按钮运行程序，并查看运行后的结果。本实例仿真结果如图527所示。如果需要查看单片机的特殊功能寄存器或存储器中的内容，可以用暂停按钮暂停程序，然后通过Debug(调试)菜单下的相应命令打开特殊功能寄存器窗口或存储器窗口查看。


图527仿真结果


值得说明的是，在仿真调试时，如果程序出错，仿真后不能得到相应的结果，那么需要在Keil μVision中修改程序，程序修改后再对程序进行重新编译连接，形成HEX文件，但在Proteus中不需要再重新加载，可直接运行。
5．3本章小结
本章以一个简单的实例为例，介绍了Keil C51和Proteus软件的工作环境和一些基本操作。详细介绍了Keil和Proteus软件的开发环境和基本操作; 应该熟练使用Keil软件进行程序的编译调试; 掌握Keil和Proteus软件的联调。
习题
简答题
1． 简要介绍Keil μVision 5的使用方法。
2． Keil μVision 5环境下如何设置和删除断点？
3． 简要介绍在Proteus中单片机应用系统的仿真过程。
4． 在Proteus中，导线的连接方式有几种？
5． 在Proteus中，如何把程序加载到51单片机中？
6． 在Proteus中，仿真调试时如果程序出错，如何操作？