51單片機(jī)的邊沿觸發(fā)及電平觸發(fā)簡介及測量

　　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，單片機(jī)在每個機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測到低電平，即置位中斷請求標(biāo)志，向CPU請求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時，單片機(jī)在上一個機(jī)器周期檢測到中斷源口線為高電平，下一個機(jī)器周期檢測到低電平，即置位中斷標(biāo)志，請求中斷。

　　這個原理很好理解。但應(yīng)用時需要特別注意的幾點(diǎn)：

　　1)電平觸發(fā)方式時，中斷標(biāo)志寄存器不鎖存中斷請求信號。也就是說，單片機(jī)把每個機(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)志寄存器對于請求信號來說是透明的。這樣當(dāng)中斷請求被阻塞而沒有得到及時響應(yīng)時，將被丟失。換句話說，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)行同級中斷或更高級中斷期間，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，產(chǎn)生的電平觸發(fā)中斷如果時間太短，也得不到執(zhí)行。

　　2)邊沿觸發(fā)方式時，中斷標(biāo)志寄存器鎖存了中斷請求。中斷口線上一個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，由硬件自動清除。因此當(dāng)CPU正在執(zhí)行同級中斷(甚至是外部中斷本身)或高級中斷時，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。一個中斷如果在沒有得到響應(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的根據(jù)中斷源信號的特性來取舍。比如，有的書上說(《Keil C51使用技巧及實戰(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)生了一個飛躍，這個系列的產(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個中斷源，其中有2個是外部輸入中斷源 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 問題的引出

　　幾乎國內(nèi)所有的單片機(jī)資料對單片機(jī)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(xiàn)[1]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(fù)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(jī)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，單片機(jī)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(jìn)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0.7 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。對于這種情況，單片機(jī)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(diǎn)，國內(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(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(dá)10 μs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(jī)邊沿中斷觸發(fā)時刻進(jìn)行精確的測定。