基于单片机的红外温度发烧检测门系统设计

1、江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：基于单片机的红外温度发烧检测门系统设计学 院：信息工程学院专 业：电子信息工程班 级：电信062班学 生：XXX学 号：XXX指导教师： XX 职称：副教授摘 要人在健康状态时，体温一般是比较恒定的，但是当人体内的某些机能发生改变或某些部位发生病变时，恒定的体温将产生变化，如甲型流感的首要症状就是发烧。在“甲流”时期，为了控制“甲流”的传播，需要对公共场合中的人群进行体温监测，以排查那些体温异常的人群。由于“甲流”的传染性很强，因此在测量体温时采用了非接触测量方法，即利用人体自身发出的红外能量进行体温测量的方法。不同于以往的体温测量，

2、“甲流”时期在体温测量方面考虑的主要问题是在测量准确的基础上，进行非接触测量并且提高测量效率。本论文主要针对这种要求对非接触快速测量体表温度的方法作了研究，这些研究工作可以为快速体表温度筛选仪的研制提供参考性意见。论文的主要研究内容为:根据辐射测温原理,采用Melexis公司的MLX90614非接触测量的红外温度传感器，通过SMBus协议与AT89S51单片机通讯，并通过单片机系统驱动液晶显示模块显示，设计制作温度测量系统实现非接触的温度测量。关键词：红外温度测量；非接触温度测量；SMBus；MLX90614ABSTRACTHuman has a steady body temperature

3、 when it is in the healthy stateBut when some disease happens or something is wrong with the body,there will be some changes in the body temperature，for example，high fever is the first symptom of H1NI，In order to control the spreading of H1N1 after it broke out，it was important to measure body tempe

4、rature of everyone in the publicIn this way,people with an abnormal body temperature will be separated from the othersBecause of the strong infection of H1N1，some noncontact measurement must be taken，that is the infrared temperature measurement base on the infrared radiation from human bodyComparing

5、 with other methods of the body temperature measuring，in addition to the accuracy of the measurement the main problem to be solved is to improve the efficiency of the measurement in the time of H1N1，In this dissertation some researches on the methods of rapid skin temperature measurement will be per

6、formedThese researches will be useful to develop the instruments of rapid skin temperature measurementThe main contents ofthis dissertation include：According to the radiation temperature measuring principle, using infrared non-contact measurement of the temperature sensor MLX90614designed by the com

7、panyof Melexis. through the agreement of SMBus communicate with AT89S51, and the single-chip microcomputer systemdrive LCD module, design temperature measurement system and achive the non-contact temperature measurement. KEY WORD: Infrared temperature measurement; Non-contact temperature measurement

8、;SMBUS;MLX90614目 录第一章 引言11.1红外测温的背景和意义11.2红外测温的历史与现状21.3论文结构及主要内容2第二章 单片机系统概述42.1单片机概述42.2 8051单片机内部结构52.3单片机存储器结构112.4单片机的中断系统142.5单片机定时器/计数器182.6单片机串行口22第三章 红外测温技术及红外温度传感器263.1红外测温基本原理263.1.1热辐射与准热辐射263.1.2基尔霍夫(Kirchhoff) 283.1.3检定时的数据处理293.2红外测温传感器简介303. 2.1红外传感器的用途及分类313.2.2红外温度计MLX90614及其测温原理33

9、第四章 红外发烧检测门系统设计414.1红外测温系统设计方案414.1.1测温的技术指标414.1.2设计要点414.2硬件系统设计424.2.1温度采集电路42 4.2.2LCD显示电路434.3软件设计50第五章 总结56致 谢57参考文献58附 录59第一章 引言1.1红外测温的背景和意义虽然在日常生活中，人们使用最广的水银体温计是根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质，通过读取刻度值来判断温度值，它有着诸多缺点：传统温度计在使用时，要和被测量者接触，往往要等待较长时间，以期让其充分受热，当测量结束后还要将水银重新甩入水银泡中。由于水银泡是由很薄的玻璃制成极易破碎，而且其中的水银蒸汽对人体

10、有着极强的毒害作用，报纸上就曾多次刊登小孩因咬碎水银泡而误吞水银造成中毒的事件，可见普通的水银体温计有着非常严重的安全隐患。目前，国内传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、肛门）或置于腋下，通过与人体接触使温度计测出人的体温。但这些体温计的缺点是测量的速度慢（约2分钟以上）。玻璃水银温度计还易碎，在使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。红外快速检测人体温度装置，有效地避免国内传统的体温测量的缺点，能够在机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，快速，准确，没有交叉感染地测出人体

11、温度。红外测温作为一门新技术和新方法,它的出现是红外技术的发展结果。红外技术是研究红外辐射的产生、传输、转换、探测并付诸应用的一门科学技术。近20年来,红外测温技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用,逐渐被广泛应用于电力、食品加工、冶金、石化、医疗、科研等多种行业中。在红外测温中,智能红外辐射测温仪是应用红外技术和微电子技术研制出的一种新型温度测量仪器。它根据被测物体的红外辐射能量确定其温度,为非接触测温方式。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这种测温方法的主要特点是可以

12、测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点；同时也有测量值受被测物体发射率、反射热源、气氛干扰影响的弱点。红外测温传感器是这一类传感器的主要部分。特别是温度传感器远离被测对象,在低温区(0 500) 热辐射信号非常微弱,因此这种测温技术难度较大。1.2红外测温的历史与现状红外测温为测量人体温度提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温测量。非接触红外测温计针对特定人群，比如儿童或老人，极其方便。且利用单片机技术开发的语音

13、功能便可克服传统体温计的许多缺陷。它不但可以以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，而且可以根据需要以语音播报出当前的温度值，除此之外，语音体温计还具有较高的灵敏度，可以在几秒钟内测得结果，且寿命长，是较为理想的测温仪器。智能红外测温计的设计，其内容涉及电子技术、检测技术、单片机技术等多方面内容。红外测温为测量人体体温提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温排查。在国外，非接触式红外测温仪已经非常先进了，自1999年就有许多国家致力于这方面的开发研究，到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并已广泛应用于各个领域。比如：美国早在2001年就颁布了有关红外测温仪

14、的计量标准，美国雷泰公司生产的ST系列红外测温仪已达到世界领先水平。由于红外测温仪测量温度范围宽，除了用于人体温度检测外，还可用于电器的红外测温、供暖的红外测温、运输/汽车维修时的红外测温等各个领域。因此，它具有广泛的开发前景!在我国，2003年“非典”期间，2009年“猪流感”期间，红外测温得到了广泛的应用。中科院上海技术物理研究所在863计划高技术成果的基础上对红外技术应用于非接触式测温进行了深入研究，在短时间内开发成功了“非接触式红外测温仪”，打开了国内“非接触式测量”的新篇章，但由于这种装置受一定因素影响，测量结果还有待进一步进行校正，红外测温技术也是一门很实用和前沿的技术。以此作为毕

15、业设计，利于理论联系实际，形成个人在这一方面的知识体系，是对本科阶段学习内容的升华，特别是对单片机控制、传感器技术知识深入，它对我们学生自身的综合素质与工程能力的培养也有重要意义。1.3论文结构及主要内容本文介绍运用MCS-51 单片机开发设计红外低温测温仪中“单片机检测系统”的全过程，通过控制典型温度传感器的输出来读出温度。本文的写作结构安排如下：第一章引言，介绍红外测温的研究背景以及本文的研究意义。第二章单片机系统概述，首先介绍了单片机的发展及其应用，其次介绍了单片机的典型系统。第三章红外测温原理及典型芯片概述，主要介绍了红外测温的原理及特点，以及典型红外温度传感器芯片的基本知识。第四章发

16、烧门系统设计，首先介绍了红外测温模块的设计，在显示模块中介绍了典型的工业LCD1602在本模块中的应用，最后在硬件设计的基础上给出了软件设计。第五章总结，总结了本文的设计工作与设计中有待解决的问题。第二章 单片机系统概述2.1单片机概述单片机诞生于20世纪70年代。最初的单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit，也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统。现代的单片机则增加了更多的片内外设(比如定时器、计数器、串行口、中断、并行I/O口，甚至包括A/D转换器、脉宽调

17、制器PWM等)，使得单片机的功能越来越强大，应用领域越来越广泛。因为这样一块芯片就具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。由于单片机的硬件结构和指令系统都是按照工业控制要求来设计的，常用在工业的检测、控制装置中，因而也称为微控制器(Micro-Controller)。单片机按照其用途可以分为通用型和专用型两大类。通常所说的单片机是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发资源(如ROM、RAM、I/O口)全部提供给使用者。专用型单片机的硬件结构和指令是按照某个特定用途而设计的，如：频率合成调谐器(DDS)、USB控制器、录音机机芯控制器、打印机控制器等。MCS-51系列中最早的

18、典型代表为8051、8751、8031，其指令系统完全兼容，仅在内部结构和应用特性方面稍有差异，主要功能特点如下。l 8位CPU。l 片内128字节RAM(MCS-52子系列有256字节RAM)。l 片内4KB ROM/EPROM(8051/8751)。l 特殊功能寄存器区。l 2个优先级的5个中断源结构。l 4个8位并行I/O口(P0、P1、P2、P3)。l 2个16位定时/计数器(MCS-52子系列为3个)。l 全双工串行口。l 布尔处理器。l 64KB外部数据存储器地址空间。l 64KB外部程序存储器地址空间。l 片内振荡器及时钟电路。8051片内程序存储器为掩膜ROM，可根据特殊要求和

19、用途在制造芯片时将专用程序固化进去，成为专用单片机。8031单片机内部没有ROM，使用时需外接EPROM芯片，其他与8051完全一样。而8751是片内ROM采用EPROM形式的8051，能方便地改写程序。如表2-1所示为MCS-51单片机存储器容量。表2-1所示为MCS-51单片机存储器容量。系 列类 型掩膜ROMEPROMRAM51系列8031128B80514KB128B87514KB128B以上器件都是采用HMOS工艺制造的，另外还有采用低功耗的CHMOS工艺制造的器件，它们是80C31、80C51和87C51等，分别与上述器件兼容。2.2 8051单片机内部结构1内部结构框图单片机的结

20、构和微处理器类似，同样具有两种类型。一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构；另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即冯·诺依曼结构。Intel的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，Atmel的AT89C51采用的也是这种结构。如图2-1所示为MCS-51结构框图。图2-1 MCS-51结构框图8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等若干单元，片外扩展能力通过数据总线、地址总线和控制总线实现，现在分别加以说明。(1) CPU中央处理器(C

21、PU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码。CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2)数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的。专用寄存器用于存放控制寄存器数据，用户只能通过指令读写，而不能用于存放用户数据。所以，用户能使用的RAM只有128个字节，可存放读写的数据、运算的中间结果或用户定义的任何数据。(3)程序存储器(ROM)8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序、原始数据或表格。(4)定时/计数器8051有两个16位的可编程定时

22、/计数器，实现定时或计数中断。(5)并行输入输出(I/O)8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外数据的传输。(6)全双工串行口8051内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位寄存器使用。(7)中断系统8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。(8)时钟电路8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容及晶振。 2单片机引脚特性任何一种基于8051内核的单片

23、机在体系结构上都没有什么差别，只是在内部的资源上有所区别，当然在引脚特性上也可能存在差异。AT89C51是8051单片机家族中的一员，在国内市场上有很大的应用群体，是一种低功耗、高性能的产品。在外形上，ATMEL公司提供了多种封装，包括DIP、PQFP/TQFP、PLCC等。比较常用的还是DIP封装方式，如图2-2所示为DIP封装引脚排列。图2-2 DIP封装引脚排列引脚除+5V(VCC40脚)和电源地(GND 20脚)外，按其功能主要由以下三大部分组成：时钟引脚、控制引脚、I/O引脚。（1）时钟引脚XTAL1(19脚)：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2(18脚)：芯片内部振荡电路输出端。X

24、TAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。<1>内时钟方式利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的十分漂亮的正弦波，当使用万用表测量(把挡位打到直流挡，这个时候测得的是有效值)XTAL2和地之间的电压时，可以看到2V多一点的电压。定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路，其连接方法如图2-3所示，为内时钟振荡器连接方式。图2-3内时钟振荡器连接方式晶振可以在1.212MHz之间任选，甚至可以达到24MHz

25、，但是频率越高功耗也就越大。和晶振并联的电容C1、C2的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在2040pF之间选择；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在3050pF之间。通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。 <2>外时钟方式如图2-4所示为外时钟连接方式，XTAL1接外部振荡器，XTAL2要悬空。由于对内部时钟电路的输入是通过一个双稳态触发器，所以这种连接方式对外部振荡信号的占空比没有特殊要求，但是一定要满足高电平的最小输入电压幅值和低电平最大输入电压的幅值。外部振荡器的频率应低于24MHz的方波信号。图2-4外时钟振荡器连接方式(2

26、). 控制引脚对于8051系列的单片机来说，控制引脚通常包括复位引脚、ALE/PROG引脚、引脚、/VPP引脚、以及和引脚。下面就对这些引脚进行说明。<1>RST/VPD(9脚)复位信号时钟电路工作后，在此引脚上出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位。复位后，P0口P1口输出高电平，初值07H写入堆栈指针SP，程序计数器PC和其余特殊功能寄存器全部清零，但不包括SBUF特殊功能寄存器和IP、IE、PCON中的某些位。但初始复位不影响片内RAM状态，只要该引脚保持高电平，AT89C51将循环复位。RST从高电平变成低电平时，单片机将从程序存储器0x0000位置开始执行程序。另

27、外该引脚还具有复用功能。只要将VPD接+5V备用电源，一旦VCC电位突然下降或断电，能保护片内RAM中的信息不会丢失，复电后能正常工作。AT89C51通常采用上电自动复位和开关复位两种方式，如图2-5所示为典型复位电路。图2-5 典型复位电路上电自动复位瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。将一个按键开关并联在电容的两端，当按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，还可以通过按键达到手动复位的效果。<2>ALE/PR

28、OG(30脚)地址锁存信号当访问外部存储器时，P0口输出的低八位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器，P0口输出地址低八位后，又能与片外存储器之间传递信息。由于P0口作地址/数据复用口，P0口上的信息是地址还是数据完全由ALE来定义，ALE高电平期间，P0口上出现地址信息，在ALE下降沿时，将P0口上的地址信息锁存到片外地址锁存器，在ALE低电平期间P0口上出现指令和数据信息。平时不访问片外存储器时，该端也以六分之一的时钟频率固定输出正脉冲。因而亦可作系统中其他芯片的时钟源。ALE可驱动8个TTL门。<3>PSEN(29脚)片外程序存储器读选通PSEN低电平有效，8051

29、访问片外程序存储器时，程序计数器PC通过P2口和P0口输出十六位指令地址，PSEN作为程序存储器读信号，输出负脉冲将相应存储单元的指令读出并送到P0口上，供8051执行。PSEN同样可驱动8个TTL门输入。<4>EA/VPP(31脚)内部和外部程序存储器选择信号对于8051和8751来说，内部有4K字节的程序存储器，当为高时，CPU访问程序存储器有两种情况： 地址小于4KB时访问内部程序存储器。地址大于4KB时访问外部程序存储器。若EA接地，则不使用内部程序存储器，不管地址大小，取址时总是访问外部程序存储器。由此可见，8031单片机(无内部ROM型)的必须接地。<5>和

30、这两个信号分别代表外部数据存储器写选通()和外部数据存储器读选通()。当执行片外数据存储器操作指令MOVX时，这两个信号自动产生。3. I/O引脚AT89C51单片机有4个双向8位I/O口P0P3，P0口为三态双向口，负载能力为8个LSTTL门电路，P1P3为准双向口(用作输入时，口锁存器必须先写“1”)，负载能力为4个LSTTL门电路。<1>P0口(P0.0P0.7，3932脚)P0口作地址/数据复用总线使用：P0口在访问外部程序存储器或者数据存储器时可以配置为低位地址或者数据输出。此时P0口内部自带上拉电阻，可以驱动8个LSTTL门电路。P0口也可以作通用I/O口：作为输出时为

31、漏级开路电路，在驱动NMOS电路时应外接上拉电阻；作输入口用时，应先对引脚写“1”，可作高阻抗输入，通过三态输入缓冲器读取引脚信号，从而完成输入操作。<2>P1口(P1.0P1.7，18脚)，准双向口P1口作准双向口：P1口是一个有内部上拉电阻的准双向口。P1口的每一位口线能独立地作用于输入线或输出线。作输出时：对引脚写“1”，使输出级的场效应管截止，输出线由内部上拉电阻提升为高电平，输出为“1”；对引脚写“0”，使输出级的场效应管导通，输出为低电平，即输出为“0”。作输入时：必须先将“1”写入引脚，使场效应管截止。该口线由内部上拉电阻提开为高电平，同时也能被外部输入源拉成低电平，

32、即当外部输入“1”时该口线为高电平，在输入“0”时，该口线为低电平。P1口作输入时，可被任何TTL电路和MOS电路所驱动，由于具有内部上拉电阻，也可以直接被集电极开路和漏级开路电路所驱动，不必外加上拉电阻。P1口可驱动4个LSTTL门电路。P1口其他功能：P1口在Flash编程和验证程序时，它输入低八位地址。<3>P2口(P2.0P2.7，2128脚)，准双向口P2口引脚上拉电阻同P1口。在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。P2口作地址总线口使用：当系统中接有外部存储器时，P2口用于输出高八位地址A15A8。在外接程序存储器的系统中，由于访问外部存储器的操作连续不断，P2口

33、不断送出地址高八位。在不接外部程序存储器而接有外部数据存储器的系统中，情况有所不同，若外接数据存储器容量为256B，即可使用MOVX Ri类指令由P0口送出8位地址，P2口上引脚的信号在整个访问外部数据存储器期间不会改变，故P2口仍可作通用I/O口使用。若外接存储器容量较大，需用MOVX DPTR类指令由P0口和P2口送出16位地址。在读写周期内，P2口引脚上将保持地址信息，输出地址时，并不要求P2口锁存器锁存“1”，锁存器内容又会重新出现在引脚上。这样，根据访问外部存储器的频繁程度，P2口仍可在一定时间内作一般I/O口使用。P2口驱动4个LSTTL门电路。P2口作通用I/O口使用：当P2口作

34、通用I/O口使用时，是一个准双向口，引脚可接I/O设备，其输入输出操作与P1口完全相同。<4>P3口(P3.0P3.7，1017脚)，双功能口P3口是一个多用途的端口，也是一个准双向口，可以同P1口一样作为第一功能口，也可以每一位独立定义为第二功能。P3口作第一功能口使用：P3口作通用I/O口使用时，输出功能控制线为高电平，在这种情况下，P3口的结构和操作与P1口相同。P3口作第二功能口使用：P3口的第二功能是具有控制功能的信号线。此时相应的口线必须为“1”状态，在P3口的引脚信号输入通道中有2个三态缓冲器，第二功能的输入信号取自第一个缓冲器的输出端，第二个缓冲器仍是第一功能的读引

35、脚信号缓冲器。P3口可驱动4个LSTTL门电路。 P3口的第二功能定义如表2-2所示。表2-2 P3口的第二功能定义口 线第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0输入)P3.3INT1(外部中断1输入)P3.4T0(外部计数器0触发输入)P3.5T1(外部计数器1触发输入)P3.6WR(外部数据寄存器写选通)P3.7RD(外部数据寄存器读选通)4. 引脚应用特性P0口的输出级与P1P3口的输出级在结构上是不同的，因此它们的负载能力与接口要求是不同的。P0口的每一位口线可驱动8个LSTTL门输入，当把它当作通用I/O口使用时，输出极是漏极开路，

36、故用它去驱动NMOS输入时需外接上拉电阻；把它当作地址/数据总线口使用时，它为三态双向口，无需再外接上拉电阻。P1P3口输出级接有内部上拉电阻，它的每一位口线可驱动4个LSTTL门。输入端都可以被集电极开路或接有漏级开路的电路所驱动，无需再外接上拉电阻。2.3单片机存储器结构在传统的冯·诺依曼体系结构计算机中无论是程序存储器还是数据存储器都是进行统一编址、不加区分的，即一个存储器地址对应一个唯一的存储单元。单片机在存储系统的设计上一般不采用这种体系结构，为了实现数据和程序真正的并行存取，而是采用哈佛结构，特点是将程序存储器ROM和数据存储器RAM分开，它们有各自的寻址机构和寻址方式。

37、AT89C51片内集成了4KB的Flash程序存储器和128字节的RAM数据存储器，当系统存储空间不足时，可以通过片上总线引脚扩展外部存储器。1程序存储器程序存储器是以程序计数器PC作地址指针，是控制器的一部分，用来存放下一条从内存中取出并要执行的指令地址。单片机上电复位后，PC指向“0x0000”的地址，在进行程序设计时通常加上一条跳转语句，跳到程序的起始地址开始顺序执行程序。AT89C51的程序计数器PC是16位的，因此可以寻址的地址空间为64K字节。(1)内部程序存储器AT89C51内部有4K字节Flash程序存储器，地址为0000H0FFFH。正常工作时，应把控制引脚接成高电平，程序从

38、内部Flash开始运行，当PC值超过0x0FFFH时，自动转到外部扩展的存储区0x1000H0xFFFFH地址空间去执行程序。(2)外部程序存储器有时单片机片内自带的程序存储器无法满足系统设计的要求，需要外扩程序存储器。AT89C51最大可扩展64KB外部程序存储器。外扩程序存储器时需要把引脚控制线/EA接成低电平，使其有效，迫使单片机在上电复位后从外部程序存储器中取指。此时，要访问的PC中的地址值由P0口和P2口送出(P0口送出PC中的低8位值， P2口送出PC中的高8位，同时P0口还要接收外扩的程序存储器中的程序数据)，并在外部程序存储器读选通有效时，从外部ROM中取出指令并执行之。2数据

39、存储器数据存储器分为片内和片外两种，二者无论在物理上还是逻辑上，其地址空间是彼此独立的。片内数据存储器地址范围为00HFFH，片外数据存储器地址空间为0000HFFFFH，其中00HFFH这部分是地址冲突的。为解决这个问题，在8051体系的单片机中，通过不同的指令来分别访问片内和片外的数据存储器。访问片内RAM时使用MOV指令；访问片外RAM时使用MOVX指令。内部数据存储器在物理上可划分为两个不同的块：00H7FH(0127)单元组成的128字节RAM块；以及高128字节(080H0FFH)的专用特殊功能寄存器(SFR)块。 (1)内部RAM区片内真正可作数据存储器用的只有128个RAM单元

40、，地址为00H7FH。它们可划分为3个区域：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。通用寄存器组：由32个RAM单元组成，地址为00H1FH。共4个区，每区由8个通用工作寄存器R0R7组成。工作寄存器区域的选择由程序状态字PSW中的RS1和RS0确定，PSW可用位操作指令直接修改，从而选择不同的工作寄存区。四个通用工作寄存器区给软件带来极大的方便，在实现中断嵌套时可灵活选择不同工作寄存器区以方便地实现现场保护。位寻址区：RAM位寻址区是布尔处理机数据存储器的主要组成部分，全部可以位寻址。其字节地址为20H2FH16个RAM单元，这些RAM单元可按位操作(也可按字节操作)。这16个字节有128位，其

41、位地址为00H7FH。另外在SFR块中有12个专用寄存器的字节地址能被8所整除，这12个SFR的93位(96位减去3个未定义位)具有位寻址功能。由此可知，位寻址区由128个RAM位与93个SFR位组成，共221位可由布尔指令直接按位操作。用户RAM区：用户RAM区也称为数据缓冲区，地址为30H7FH，这些RAM单元只能按字节寻址，由于8051单片机在复位时，堆栈指针SP指向07H单元，当用户使用堆栈时，应该首先设置堆栈，用户堆栈一般设在30H7FH范围之内。原则上栈深为128字节，即以不超过RAM空间为限，对8051系列而言，实际堆栈空间比128字节小得多，SP值设的越大，堆栈就越浅。(2)外

42、部数据存储器AT89C51外部数据存储器最大寻址空间为64KB，对外部数据存储器的访问采用寄存器间接寻址方式。间接寄存器有R0、R1(寻址范围仅256B)和数据指针DPTR(寻址范围达64KB)。软件执行MOVX类指令时，单片机就会自动产生、选通信号，以对外部数据存储器进行读写操作。(3)特殊功能寄存器专用寄存器又称SFR(特殊功能寄存器)。8051系列单片机片内的I/O口锁存器、定时器/计数器、串行口数据缓冲器以及各种控制寄存器(除PC外)，都以特殊功能寄存器的形式出现，它们离散地分布在片内80HFFH地址空间范围内。MCS-51共有23个特殊功能寄存器(3个属于52系列)，其中5个是双字节

43、寄存器，程序计数器PC在物理上是独立的，其余22个寄存器都属于片内数据存储器SFR块，共占26个字节。片内的特殊功能寄存器SFR能综合地、实时地反映整个单片机的内部工作状态及工作方式，因此，它们是极其重要的。对单片机用户来说，掌握各个SFR的工作状态及工作方式，对单片机系统的控制具有重要意义。表2-3所示为AT89C51专用寄存器，表中列出了这些特殊功能寄存器的标识符、地址和功能。表2-3 AT89C51专用寄存器标 识 符地 址功能介绍ACC(简称A)E0H累加器BF0HB寄存器PSWD0H程序状态字SP81H堆栈指针DPH83H数据地址指针(高8位)DPL82H数据地址指针(低8位)P08

44、0HP0口锁存器P190HP1口锁存器P2A0HP2口锁存器P3B0HP3口锁存器SBUF99H串行数据缓冲器TH08CH定时器/计数器1(低8位)TH18DH定时器/计数器1(高8位)TL08AH定时器/计数器0(低8位)TL18BH定时器/计数器0(高8位)IPB8H中断优先级控制寄存器IEA8H中断允许控制寄存器TMOD89A定时器/计数器方式控制寄存器TCON88H定时器/计数器控制寄存器SCON98H串行口控制寄存器PCON87H电源控制寄存器2.4单片机的中断系统中断系统是为了使单片机具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当CPU正在处理某个事件时外界发生了紧急事件请求，要求CPU

45、暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完之后又回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。实现这种功能的部件称为中断系统。引起中断的原因或设备称为中断源。一个计算机系统的中断源会有多个，用来管理这些中断源的逻辑称为中断系统。当几个中断源同时向CPU请求中断服务时，中断系统会根据中断源的优先级别进行排序，CPU总是先响应级别最高的中断请求。1. 中断的一般功能(1)中断的屏蔽与开放也称为关中断和开中断，这是CPU能否接收中断请求的关键。只有在开中断的情况下，CPU才能响应中断源的中断请求。中断的关闭或开放可由指令控制。(2)中断响应和中断返回在开中断的情况下，若有中断请求信号

46、，CPU便可从主程序转去执行中断服务子程序，以进行中断服务，同时也像跳转子程序一样保护主程序的断点地址，使断点地址自动入栈，以便执行完中断服务程序后可以自动返回主程序继续执行。中断系统要能够确定各个中断源的中断服务子程序入口地址。(3)中断优先在中断开放的情况下，如果有几个中断请求同时发生，究竟首先响应哪一个中断，这就要根据中断请求的轻重缓急来进行事先安排，有些紧急中断请求CPU若不及时响应进行处理，可能会因丢失这个中断而误事。这就是中断优先级排队问题，一般把最紧急或速度最快的设备安排在最优先的位置上。计算机应根据中断源的优先级首先响应优先级较高的中断请求，这也是中断系统管理的任务之一。(4)

47、中断嵌套当CPU在执行某一个中断处理程序时，若有一优先级更高的中断源请求服务，则CPU应能挂起(用保护断点的方式)正在运行的低优先级中断处理程序，响应这个高优先级中断请求。在最高优先级的中断处理完后能自动返回低优先级中断，继续执行原来的中断处理程序，最后返回主程序，这个过程就是中断的嵌套2中断请求源AT89C51单片机设置了5个中断(8052系列有6个)，分别为2个外部中断请求输入：INT0(P3.2)、INT1(P3.3)；3个内部中断请求：定时/计数器T0、T1和片内串行口。当系统产生中断时，5个中断源的中断请求标志分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位来锁存。(1)定时/计数器控

48、制寄存器TCONTCON是定时/计数器T0、T1的控制寄存器，同时又能锁存外部中断请求标志和定时/ 计数器T0、T1的溢出中断标志，实际上它有双重功能。当CPU检测到或接收到中断请求时，可根据这些标志来决定是否响应这些中断请求，表2-4所示为TCON中断相关位说明。表2-4TCON中断相关位说明B7B6B5B4B3B2B1B0TCONTF1TF0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8DH8BH8AH89H88HTF1：定时/计数器T1溢出标志。当启动T1后，T1即从初值开始计数，当T1计数开始产生溢出时，由硬件自动置位TF1并向CPU请求中断，当CPU响应该中断后，TF1中断标志被硬件自动清除

49、(也可由软件清除)。TF0：定时/计数器T0溢出标志。其功能和操作同TF1。IE1：外部中断INT1请求标志。当CPU检测到外部中断请求INT1输入信号有效触发时，由硬件自动置位IE1标志并请求中断，当CPU响应中断后中断标志IE1被硬件自动清除。IT1：外部中断INT1触发选择位。可由指令程控为“0”或“1”。当IT1=0时，INT1被指定为电平触发方式，即低电平有效。IE0：外部中断INT0请求标志。其功能同IE1。IT0：外部中断INT0触发方式选择位。其功能及操作同IT1。(2)串行口控制寄存器SCONSCON不仅为串行口控制寄存器，当串行口发生中断请求时，SCON低两位能锁存其发送中

50、断和接收中断，因而也具有双重功能，是串行口的中断请求标志。表2-5所示为SCON中断相关位说明。表2-5 SCON中断相关位说明B7B6B5B4B3B2B1B0SCONTIRI位地址99H98HTI：串行口发送中断标志。当CPU向串行口的发送数据缓冲SBUF写入一个数据或字符时，发送器就开始发送，当发送完一帧数据后，由硬件置“1”TI标志，表示串行口正向CPU请求中断，请求发送下一帧数据。RI：串行口接收中断标志。若串行口接收器允许接收，当接收到一帧数据后，置“1”RI标志，表示串行口接收器正向CPU请求中断，请求CPU到接收数据缓冲器读取数据。同样RI标志必须在用户中断服务程序中由指令清“0

51、”。3中断控制通过对触发方式选择位IT1、IT0的编程，可以选择外部中断输入信号INT1、INT0的触发方式是低电平有效还是边沿触发有效。也可以通过对特殊功能寄存器IE的编程，以选择哪几个中断是被禁止的或是允许的，而这些被允许的中断又可以通过对中断优先级寄存器IP的编程以定义为高优先级或低优先级。这样便可以通过有关控制寄存器的有关位，加强对中断的合理控制，使系统高效而有秩序地工作。 (1)中断允许寄存器IE8051单片机CPU对中断源的允许或者禁止，是通过内部的中断允许寄存器IE来控制的，表2-6所示为IE寄存器位说明。表2-6 IE寄存器位说明B7B6B5B4B3B2B1B0IEEAESET

52、1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8HEA：CPU中断“总”允许位。EA=1，CPU开中断；EA=0，CPU禁止所有中断。ES：串行口中断允许位。ES=1，开放串行口中断；ES=0，禁止串行口。ET1：定时/计数器T1溢出中断允许位。ET1=1，开T1中断；ET1=0，禁止T1中断。EX1：外部中断INT1允许位。EX1=1，开INT1中断；EX1=0，禁止INT1 中断。ET0：定时/计数器T0溢出允许位。ET0=1，开T0中断；ET0=0，禁止T0 中断。EX0：外部中断INT0允许位。EX0=1，开INT0中断；EX0=0，禁止INT0 中断。(2)中断优先级寄存

53、器IP8051的中断分为两个优先级，对于每一个中断源都可通过对IP编程以定义为高优先级或低优先级中断，以便实现二级中断嵌套。8051的中断响应遵循下面的规则：第一点是低优先级中断可被高优先级中断所中断，反之不能；第二点是任何一种中断(无论是高优先级还是低优先级)一旦得到响应，不会被同级的其他中断所中断。表2-7 IP寄存器位说明B7B6B5B4B3B2B1B0IPPSPT1PX1PT0PX0位地址BCHBBHBAHB9HB8HPS：串行口优先级设定位。PS=1，串行口设定为高优先级；PS=0，串行口设定为低优先级。PT1：定时/计数器T1优先级设定。PT1=1，T1设定为高优先级；PT1=0，

54、T1设定为低优先级。PX1：外部中断INT1优先级设定位。PX1=1，INT1设定为高优先级；PX1=0，INT1设定为低优先级。PT0：定时/计数器T0优先级设定。PT0=1，T0设定为高优先级；PT0=0，T0设定为低优先级。PX0：外部中断INT0优先级设定。PX0=1，INT0设定为高优先级；PX0=0，INT0设定为低优先级。8051单片机复位后，IP被清除，即5个中断源均被设置为低优先级中断。要确定各中断的优先级，必须由用户对IP编程，这样，中断优先级的设置权就交给了用户。若要改变各中断源在系统中的优先级，即可随时由指令来修改IP内容。8051单片机同时收到几个同一优先级的中断要求

55、时，哪一个要求得到响应，取决于内部的查询顺序。这相当于在每个优先级内，还存在另一个辅助优先级结构，其优先级顺序如表2-8所示，为内部中断优先级，其中级别“1”代表具有最高的优先级，而“5”代表具有最低的优先级。表2-8 内部中断优先级中 断 源中断级别外部中断01定时器0/计数器0溢出中断2外部中断13定时器1/计数器1溢出中断4串行口中断54.中断响应过程8051系列兼容单片机的CPU在每一个机器周期都顺序查询每一个中断源，在机器周期的S5P2状态采样并按优先级处理所有被激活的中断请求，若没有被下述条件所阻止，将在下一个机器周期的S1状态响应激活了的最高级中断请求。l CPU正在处理同级或高优先级中断。l 现行的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期。l 正在处理的指令是RETI或正在访问IE或IP(即在CPU执行RETI或访问IE、IP的指令后，至少需要再执行一条指令才会响应新的中断请求)。若存在上述任一种情况，中断将暂时受阻；若不存在上述情况，将在紧跟的下一个机器周期执行这个中断。C