單片機(jī)外中斷使用方面的問(wèn)題及其解決方法

 摘要　通過(guò)分析51單片機(jī)外中斷I/O入口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解釋了外中斷不能被正常響應(yīng)的原因，并提出了解決該問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，外中斷，干擾

在長(zhǎng)期使用51單片機(jī)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等干擾較強(qiáng)的環(huán)境工作時(shí)，有時(shí)確已產(chǎn)生定義為下降沿觸發(fā)方式的外中斷，然而用儀器測(cè)量已經(jīng)送入單片機(jī)的INTX引腳時(shí)，單片機(jī)卻不能夠正常響應(yīng)中斷。在排除了可能由程序?qū)е碌膯?wèn)題之后，再檢查CPU的當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)中斷級(jí)別、中斷允許、中斷觸發(fā)方式也都表明應(yīng)該響應(yīng)中斷。后經(jīng)分析及測(cè)試，發(fā)現(xiàn)是單片機(jī)INTX引腳內(nèi)部端口鎖存器被置為零所致。當(dāng)端口被封鎖為零時(shí)，從該引腳引入的下降沿表示的中斷申請(qǐng)將丟失，中斷當(dāng)然不被響應(yīng)。由于程序中并未使用可將端口鎖存器置為零的指令，且這種情況的產(chǎn)生具有一定的隨機(jī)性，并非經(jīng)常發(fā)生，所以認(rèn)為這種現(xiàn)象可能是因電路干擾或噪聲造成鎖存器誤動(dòng)作導(dǎo)致的。同時(shí)我們還認(rèn)為這種誤動(dòng)作和P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作方式有一定關(guān)系。

單片機(jī)外中斷輸入端的P3口是具有第二變異功能的準(zhǔn)雙向口，其每一位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)變異功能輸出為高電平時(shí)，位口是普通I/O口。此時(shí)如對(duì)I/O口進(jìn)行寫操作，數(shù)據(jù)由內(nèi)部總線寫入鎖存器，經(jīng)與非門和MOS管兩次反相后送出引腳;如對(duì)I/O口進(jìn)行讀操作，則必須先將鎖存器置為1，使MOS管截止，引腳被片內(nèi)負(fù)載MOS管(圖中標(biāo)為上拉電阻)上拉為高電平，然后可進(jìn)行輸入操作，當(dāng)輸入為低電平時(shí)它能被拉成低電平，引腳信息經(jīng)兩個(gè)緩沖器進(jìn)入內(nèi)總線;如果使用第二功能(變異功能)，輸入鎖存器同樣也必須先被置為1，這時(shí)引腳受變異功能輸出控制，若需使用變異功能輸入，則鎖存器和變異輸出必須同時(shí)置為1，使MOS管截止，變異功能輸入隨引腳的變化而變化。估計(jì)在第二功能時(shí)只能用于輸入中斷的P3.2和P3.3口，內(nèi)部可能沒(méi)有變異功能輸出線，即使有，也只能上拉為固定的高電平。可見(jiàn)，單片機(jī)P3口不管是通用I/O口還是變異功能輸入，其鎖存器都必須先置為1。單片機(jī)復(fù)位后所有I/O口的狀態(tài)都是1，一般在系統(tǒng)的初始化程序中定義過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)，并在開(kāi)中斷之后單片機(jī)即可響應(yīng)中斷，此后若關(guān)掉相應(yīng)中斷允許位(置為0)，則需從引腳進(jìn)入單片機(jī)的中斷有效信號(hào)(低電平或下降沿)雖然仍可進(jìn)入并使IE0(或IE1)置為1，但不能引起中斷，當(dāng)然程序可查尋IE了解中斷源是否產(chǎn)生了中斷申請(qǐng)。

筆者注意到單片機(jī)I/O口有兩類指令隱含著對(duì)I/O口鎖存器的寫入。

第一類是讀I/O引腳指令，在執(zhí)行了讀I/O引腳指令后，I/O口鎖存器狀態(tài)將變得和引腳相同，如果在中斷引腳為低電平期間正巧執(zhí)行了這種指令，鎖存器將變?yōu)?態(tài)，中斷從此將不能進(jìn)入。

第二類是讀-修改-寫鎖存器指令，例如SETB　PX.Y和JBC　PX.Y，LABEL等，這些指令被執(zhí)行時(shí)總是先讀入I/O口全部8位數(shù)據(jù)，作一定修改或判斷后再回寫到鎖存器中。

在筆者的程序中沒(méi)有使用第一類指令，第二類指令倒是有，不過(guò)，不是對(duì)P3.2(或P3.3)進(jìn)行操作，而是對(duì)P3.4和P3.5進(jìn)行操作(因?yàn)橄到y(tǒng)中使用了P3.4和P3.5作為普通I/O位口)。但是，我們認(rèn)為有可能在執(zhí)行這一類指令修改P3.4和P3.5鎖存器位時(shí)，由于受到較強(qiáng)的干擾而誤將P3.2(或P3.3)寫成了0，從而出現(xiàn)上述情況。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們?nèi)サ袅顺绦蛑袑?duì)P3.4和P3.5進(jìn)行操作的指令，發(fā)現(xiàn)中斷不能進(jìn)入的現(xiàn)象基本消失，但在極個(gè)別情況下，中斷仍不能進(jìn)入，這種極個(gè)別的現(xiàn)象純粹是隨機(jī)干擾所致。

為徹底解決中斷不能進(jìn)入的問(wèn)題，采用了如下兩種措施：

(1)放棄P3口剩余的位口，不將其作為普通I/O位口用，而用單片機(jī)外部擴(kuò)充的接口取而代之;

(2)在中斷服務(wù)程序即將退出之前，往P3.2(或P3.3)口寫1，以使P3.2(或P3.3)位的鎖存器狀態(tài)在下一次中斷到來(lái)之前為1，從而保證不漏掉任何一次中斷申請(qǐng)。