51單片機邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時刻的測量
1 問題的引出
幾乎國內(nèi)所有的單片機資料對單片機邊沿觸發(fā)中斷的響應(yīng)時刻方面的定義都是不明確的或者是錯誤的。例如文獻中關(guān)于邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時刻的描述為“對于脈沖觸發(fā)方式(即邊沿觸發(fā)方式)要檢測兩次電平，若前一次為高電平，后一次為低電平。則表示檢測到了負跳變的有效中斷請求信號”，但實際情況卻并非如此。
我們知道，單片機外部輸入的中斷觸發(fā)電平是TTL電平。對于TTL電平，TTL邏輯門輸出高電平的允許范圍為2．4～5 V，其標(biāo)稱值為3．6 V；輸出低電平的允許范圍為O～O．7 V，其標(biāo)稱值為0.3 V，在0．7 V與2．4 V之間的是非高非低的中間電平。
這樣．在實際用中，假設(shè)單片機外部中斷引腳INT0輸入一路由+5V下降到0V的下降沿信號，單片機在某個時鐘周期采樣INT0引腳得到2．4 V的高電平；而在下一個時鐘周期到來進行采樣時，由于實際的外部輸入中斷觸發(fā)信號由高電平變?yōu)榈碗娖酵枰欢ǖ臅r間，因此，檢測到的可能并非真正的低電平(小于0．7V)，而是處于低電平與高電平之間的某一中閘電平，即0．7～2．4V的某一電平。對于這種情況．單片機是否會依然置位中斷觸發(fā)標(biāo)志從而引發(fā)中斷呢?關(guān)于這一點，國內(nèi)的絕大部分教材以及單片機生產(chǎn)商提供的器件資料都沒有給予準(zhǔn)確的定義，但在實際應(yīng)用中這種情況確實會碰到。
以美國Analog公司生產(chǎn)的運算放大器芯片AD708為例，其轉(zhuǎn)換速率(slew rate)為0，3V／μs，在由AD708芯片組成的比較器電路中，其輸出方波的下降沿由2．4 V下降到0．7 V，所需時間約為：(2．4 V-0．7 V)/0．3V·μs-1=4．67μs。即需要約4．67μs的過渡時間，下降沿才真正地由高電平下降為低電平，在實際應(yīng)用電路中，這個下降時間往往可達10μs以上。對于精密的測量系統(tǒng)，這么長的不確定時間是無法接受的，因此，有必要對單片機邊沿中斷觸發(fā)時刻進行精確的測定。
2 測試波形的設(shè)計與分析
為了測定MCS-51單片機下降沿觸發(fā)的實際時刻，使用Agilcnt公司生產(chǎn)的型號為33250A的80MHz函數(shù)／任意波形發(fā)牛器(function／arbitrary waveform genera-tor)，產(chǎn)生出如圖l所示的周期為20ms的周期波形。
將該波形通過單片機的外部中斷0輸入，可以測出下降沿中斷觸發(fā)的實際時刻，下面對該波形進行具體分析。建立如圖2所示的直角坐標(biāo)。
設(shè)圖2所示波形的周期為T，單片機在電壓下降到y(tǒng)=y′時刻觸發(fā)中斷，t1′、t2′、t3′分別為前后周期的中斷觸發(fā)時刻，則有：
將以上波形由單片機外部中斷O輸入，選擇邊沿觸發(fā)方式，通過中斷服務(wù)程序測取T1或者T2的值，從而可求出中斷發(fā)生時刻的電平值y′，即邊沿觸發(fā)中斷的實際時刻。
在使用單片機對中斷時刻進行測量時，使用兩個計數(shù)器，均設(shè)為方式l(16位計數(shù)方式)。其中，第一個計數(shù)器用于記錄從程序開始執(zhí)行到第一個下降沿到來所經(jīng)歷的時間，第二個計數(shù)器用來記錄程序開始執(zhí)行到第二個下降沿到來所經(jīng)歷的時間，將兩個計數(shù)器的計數(shù)值相減便可以得到兩個下降沿之間的時間間隔。由前面的分析可知，該時間間隔可能有兩種情況：一種是T1時間，即t1′與t2′之間的時間間隔；另一種是T2時間，即t2′與t3′之間的時間間隔。其中，T1+T2=T，T1時間要小于T2時間。通過測量得到T1或者T2時間，利用式(4)便可求得下降沿觸發(fā)中斷時刻的實際電平。
3 測試流程和相應(yīng)的單片機程序
該單片機的中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。
相應(yīng)的中斷服務(wù)程序為：
由于程序執(zhí)行有一定的延時，在中斷返回后，還需對兩個計數(shù)器的輸出值進行校正。本實驗采用偉福公司生產(chǎn)的H5l／L仿真器為單片機測量系統(tǒng)，測得T1值為6．514 ms，由式(4)可得：y′=O．729V，即當(dāng)y′約為0．73 V時，單片機下降沿觸發(fā)中斷。
4 結(jié)論
本文通過設(shè)計一簡單的波形，對單片機的邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時刻進行了準(zhǔn)確的測量，從而糾正了國內(nèi)單片機學(xué)習(xí)資料在邊沿觸發(fā)中斷時刻方面的不明確定義，且最終結(jié)果經(jīng)過了實驗驗證。
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