51單片機(jī)的邊沿觸發(fā)及電平觸發(fā)簡(jiǎn)介及測(cè)量

51單片機(jī)的外部中斷有兩種觸發(fā)方式可選：電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。選擇電平觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測(cè)到低電平，即置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志，向CPU請(qǐng)求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時(shí)，單片機(jī)在上一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到中斷源口線為高電平，下一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到低電平，即置位中斷標(biāo)志，請(qǐng)求中斷。

這個(gè)原理很好理解。但應(yīng)用時(shí)需要特別注意的幾點(diǎn)：

1)電平觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器不鎖存中斷請(qǐng)求信號(hào)。也就是說(shuō)，單片機(jī)把每個(gè)機(jī)器周期的S5P2采樣到的外部中斷源口線的電平邏輯直接賦值到中斷標(biāo)志寄存器。標(biāo)志寄存器對(duì)于請(qǐng)求信號(hào)來(lái)說(shuō)是透明的。這樣當(dāng)中斷請(qǐng)求被阻塞而沒(méi)有得到及時(shí)響應(yīng)時(shí)，將被丟失。換句話說(shuō)，要使電平觸發(fā)的中斷被CPU響應(yīng)并執(zhí)行，必須保證外部中斷源口線的低電平維持到中斷被執(zhí)行為止。因此當(dāng)CPU正在執(zhí)行同級(jí)中斷或更高級(jí)中斷期間，產(chǎn)生的外部中斷源(產(chǎn)生低電平)如果在該中斷執(zhí)行完畢之前撤銷(變?yōu)楦唠娖?了，那么將得不到響應(yīng)，就如同沒(méi)發(fā)生一樣。同樣，當(dāng)CPU在執(zhí)行不可被中斷的指令(如RETI)時(shí)，產(chǎn)生的電平觸發(fā)中斷如果時(shí)間太短，也得不到執(zhí)行。

2)邊沿觸發(fā)方式時(shí)，中斷標(biāo)志寄存器鎖存了中斷請(qǐng)求。中斷口線上一個(gè)從高到低的跳變將記錄在標(biāo)志寄存器中，直到CPU響應(yīng)并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件自動(dòng)清除。因此當(dāng)CPU正在執(zhí)行同級(jí)中斷(甚至是外部中斷本身)或高級(jí)中斷時(shí)，產(chǎn)生的外部中斷(負(fù)跳變)同樣將被記錄在中斷標(biāo)志寄存器中。在該中斷退出后，將被響應(yīng)執(zhí)行。如果你不希望這樣，必須在中斷退出之前，手工清除外部中斷標(biāo)志。

3)中斷標(biāo)志可以手工清除。一個(gè)中斷如果在沒(méi)有得到響應(yīng)之前就已經(jīng)被手工清除，則該中斷將被CPU忽略。就如同沒(méi)有發(fā)生一樣。

4)選擇電平觸發(fā)還是邊沿觸發(fā)方式應(yīng)從系統(tǒng)使用外部中斷的目的上去考慮，而不是如許多資料上說(shuō)的根據(jù)中斷源信號(hào)的特性來(lái)取舍。比如，有的書上說(shuō)(《Keil C51使用技巧及實(shí)戰(zhàn)》)，就有類似的觀點(diǎn)。

MCS51 單片機(jī)系列屬于8位單片機(jī)，它是Intel公司繼MCS48系列的成功設(shè)計(jì)之后，于1980年推出的產(chǎn)品。由于MCS51系列具有很強(qiáng)的片內(nèi)功能和指令系統(tǒng)，因而使單片機(jī)的應(yīng)用發(fā)生了一個(gè)飛躍，這個(gè)系列的產(chǎn)品也很快成為世界上第二代的標(biāo)準(zhǔn)控制器。51系列單片機(jī)有5個(gè)中斷源，其中有2個(gè)是外部輸入中斷源 INT0和INT1。可由中斷控制寄存器TCON的IT1(TCON.2)和IT0(TCON.1)分別控制外部輸入中斷1和中斷0的中斷觸發(fā)方式。若為 0，則外部輸入中斷控制為電平觸發(fā)方式;若為1，則控制為邊沿觸發(fā)方式。這里是下降沿觸發(fā)中斷。

1 問(wèn)題的引出

幾乎國(guó)內(nèi)所有的單片機(jī)資料對(duì)單片機(jī)邊沿觸發(fā)中斷的響應(yīng)時(shí)刻方面的定義都是不明確的或者是錯(cuò)誤的。例如文獻(xiàn)[1]中關(guān)于邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時(shí)刻的描述為“對(duì)于脈沖觸發(fā)方式(即邊沿觸發(fā)方式)要檢測(cè)兩次電平，若前一次為高電平，后一次為低電平，則表示檢測(cè)到了負(fù)跳變的有效中斷請(qǐng)求信號(hào)”，但實(shí)際情況卻并非如此。

我們知道,單片機(jī)外部輸入的中斷觸發(fā)電平是TTL電平。對(duì)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0~0.7 V，其標(biāo)稱值為0.3 V[2]，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(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)單片機(jī)外部中斷引腳INT0輸入一路由+5 V下降到0 V的下降沿信號(hào)，單片機(jī)在某個(gè)時(shí)鐘周期采樣INT0引腳得到2.4 V的高電平;而在下一個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)進(jìn)行采樣時(shí)，由于實(shí)際的外部輸入中斷觸發(fā)信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖酵枰欢ǖ臅r(shí)間，因此，檢測(cè)到的可能并非真正的低電平(小于0.7 V)，而是處于低電平與高電平之間的某一中間電平，即0.7~2.4 V的某一電平。對(duì)于這種情況，單片機(jī)是否會(huì)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(diǎn)，國(guó)內(nèi)的絕大部分教材以及單片機(jī)生產(chǎn)商提供的器件資料都沒(méi)有給予準(zhǔn)確的定義，但在實(shí)際應(yīng)用中這種情況確實(shí)會(huì)碰到。

以美國(guó)Analog公司生產(chǎn)的運(yùn)算放大器芯片AD708為例，其轉(zhuǎn)換速率(slew rate)為0.3 V/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(shí)間約為： (2.4 V-0.7 V)/0.3V·μs-1=4.67 μs。即需要約 4.67 μs的過(guò)渡時(shí)間，下降沿才真正地由高電平下降為低電平，在實(shí)際應(yīng)用電路中，這個(gè)下降時(shí)間往往可達(dá)10 μs以上。對(duì)于精密的測(cè)量系統(tǒng)，這么長(zhǎng)的不確定時(shí)間是無(wú)法接受的，因此，有必要對(duì)單片機(jī)邊沿中斷觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行精確的測(cè)定。