一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的。系統(tǒng)硬件設(shè)計包括單片機CPU的選型、接口電路的設(shè)計、外圍器件的選擇、試驗電路板的設(shè)計等內(nèi)容。

　　軟件設(shè)計則包括軟件編寫和仿真調(diào)試。

　　仿真是單片機開發(fā)的一個非常重要的環(huán)節(jié)，除了一些較簡單的任務(wù)，一般產(chǎn)品開發(fā)過程中都要進行仿真，仿真的主要目的是進行程序調(diào)試及硬件排錯?，F(xiàn)在普遍采用基于Windows的單片機集成開發(fā)系統(tǒng)( IDE)進行單片機應(yīng)用程序的開發(fā)，它是指將編輯、編譯，匯編、連接、調(diào)試等開發(fā)單片機所要用到的程序集成到一個系統(tǒng)軟件中，如德國Keil公司的Keil、南京萬利電子公司( Manley)的MedWin等。

　　由于一方面硬件實驗裝置投資較大，另一方面又由于初學者（如學生）在實驗過程中對實驗裝置的破壞力較強而可能導致設(shè)備故障，因此在資金、硬件不足的情況下，可采用單片機數(shù)字實驗室的方法開展實驗和設(shè)計（只需在PC上即可完成工作）。

　　一、單片機應(yīng)用軟件仿真開發(fā)過程
　　
　　1．編寫源程序
　　
　　源程序的編寫應(yīng)盡量采用功能化、模塊化以及子程序調(diào)用等方法，可采用匯編語言或高級語言（如C語言）來編寫源程序。對于初學者，采用匯編語言編程，可加深對硬件知識的掌握。匯編語言是一種常用的軟件工具，其特點是能直接操作硬件，指令的執(zhí)行速度快，可控制單片機工作的每一步。

　　但匯編語言的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語言編寫單片機應(yīng)用程序不但周期長，而且調(diào)試和排錯也比較困難。隨著單片機硬件性能的提高，其工作速度越來越快，因此在編寫單片機應(yīng)用程序時，更著重于程序本身的編寫效率。為了提高編制單片機應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用C語言無疑是一種較好的選擇。C語言是一種通用的計算機程序設(shè)計語言，既具有一般高級語言的特點，又能直接對計算機的硬件進行操作，表達和運算能力也較強，以往采用匯編語言來解決的問題現(xiàn)在一般都可以改用C語言來解決。

　　源程序文件是一般的文本文件，可采用EDIT、CCED、UltraEDIT、Windows記事本或Keil內(nèi)嵌編輯器來編寫。需要指出的是，Keil軟件對漢字的支持不好，建議采用其它文本編輯器（如UltraEDIT-32）進行源程序的輸入。

　　2．編譯/匯編源程序
　　
　　匯編語言源程序文件的擴展名是asm（如用Keil軟件，在其編輯器中編寫的匯編源程序文件擴展名又可為.a51），C語言源程序文件的擴展名是．c。要將編寫的.asm源程序轉(zhuǎn)變成CPU可以執(zhí)行的機器碼，可采用手工匯編和機器匯編的方法。目前手工匯編的方法已被淘汰。機器匯編是指通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件早期有A51。目前流行的Keil軟件（或MedWin軟件）通過編譯軟件（編譯器）對C語言源程序進行編譯，通過匯編軟件（匯編器）對匯編語言源程序進行匯編，連接目標模塊和庫模塊產(chǎn)生目標代碼，生成．hex（十六進制）或．bin（二進制）目標文件。

　　3．仿真調(diào)試
　　
　　編譯/匯編通過只是說明源程序沒有語法錯誤，至于源程序中存在的其它錯誤，往往還需要通過反復的仿真調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)。所謂仿真即是對目標樣機進行排錯、調(diào)試和檢查，一般分為硬件仿真和軟件仿真兩種。

　　硬件仿真是通過仿真器（仿真機）與目標樣機聯(lián)機進行實時在線仿真，見下圖所示。一塊單片機應(yīng)用電路板包括單片機部分及為達到使用目的而設(shè)計的應(yīng)用電路。硬件仿真就是利用仿真器來代替應(yīng)用電路板（稱目標樣機）的單片機部分，由仿真器向目標樣機的應(yīng)用電路部分提供各種信號、數(shù)據(jù)進行測試、調(diào)試的方法。這種仿真可以通過單步執(zhí)行、連續(xù)執(zhí)行等多種方式來運行程序，并能觀察到單片機內(nèi)部的變化，便于修改程序中的錯誤。下圖中，將仿真插頭插到電路板上的單片機插座上，此時可將仿真器看作是一個獨立的單片機，通過運行PC上的仿真軟件（如Keil軟件）．使目標樣機處于一個真實的工作環(huán)境之中，可模擬開發(fā)單片機的各種功能。一般高校中的單片機實驗都是采用如下圖所示的仿真方法。顯然這種仿真因為需要仿真器、電路板等硬件裝置而顯得投資較大。

　　軟件仿真是指在PC上運行仿真軟件來實現(xiàn)對單片機的硬件模擬、指令模擬和運行狀態(tài)模擬，故這種仿真方法又稱為軟件（程序）模擬調(diào)試。它不需要硬件，簡單易行，可采用Keil、MedWin或8051DEBUG等軟件進行模擬調(diào)試。軟件仿真的缺點是不適用于實時性很強的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試，在實時性要求不高的場合，軟件仿真已被廣泛應(yīng)用。

　　4．燒寫（燒錄）單片機
　　
　　仿真調(diào)試通過后，使用專門的編程器將、hex目標文件燒寫到單片機（或外接）的可編程ROM中。編程器一般通過并口或串口與PC連接，具有相應(yīng)的服務(wù)程序；在連接好PC與編程器后運行其服務(wù)程序，在服務(wù)程序中先選擇所要編程的單片機型號，再調(diào)入前面所得到的．hex目標文件，編程器就將這個目標文件燒寫到單片機中。燒寫后再將單片機插入到電路板上相應(yīng)的插座上，如符合設(shè)計要求，則完成工作。

　　二、Keil軟件及其調(diào)試功能簡介
　　
　　目前流行的51系列單片機開發(fā)軟件是德國Keil公司推出的KeilC51軟件，它是一個基于32位Windows環(huán)境的應(yīng)用程序，支持C語言和匯編語言編程，其6.0以上的版本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為uVision(通常稱為μV2)。Keil提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成：μVisionIDE集成開發(fā)環(huán)境（包括工程管理器①、源程序編輯器②、程序調(diào)試器③，見下圖）、C51編譯器、A51匯編器、LIB51庫管理器、BL51連接／定位器、OH51目標文件生成器以及Monitor-51、RTX51實時操作系統(tǒng)。

　　應(yīng)用Keil進行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存一建立工程并添加源文件一設(shè)置工程一編譯／匯編、連接，產(chǎn)生目標文件一程序調(diào)試。

Keil使用“工程”(Project)的概念，對工程（而不能對單一的