51單片機(jī)邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時(shí)刻的測量

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?？捎芍袛嗫刂萍拇嫫鱰con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(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(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(shí)際應(yīng)用中這種情況確實(shí)會(huì)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(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)于精密的測量系統(tǒng)，這么長的不確定時(shí)間是無法接受的，因此，有必要對(duì)單片機(jī)邊沿中斷觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行精確的測定。

2 測試波形的設(shè)計(jì)與分析

為了測定mcs51單片機(jī)下降沿觸發(fā)的實(shí)際時(shí)刻，使用agilent公司生產(chǎn)的型號(hào)為33250a的80 mhz函數(shù)/任意波形發(fā)生器（function/arbitrary waveform generator）,產(chǎn)生出如圖1所示的周期為20 ms的周期波形。

在使用單片機(jī)對(duì)中斷時(shí)刻進(jìn)行測量時(shí)，使用兩個(gè)計(jì)數(shù)器，均設(shè)為方式1(16位計(jì)數(shù)方式)。其中，第一個(gè)計(jì)數(shù)器用于記錄從程序開始執(zhí)行到第一個(gè)下降沿到來所經(jīng)歷的時(shí)間，第二個(gè)計(jì)數(shù)器用來記錄程序開始執(zhí)行到第二個(gè)下降沿到來所經(jīng)歷的時(shí)間，將兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值相減便可以得到兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間間隔。由前面的分析可知，該時(shí)間間隔可能有兩種情況： 一種是t1時(shí)間，即t1′與t2′之間的時(shí)間間隔；另一種是t2時(shí)間，即t2′與t3′之間的時(shí)間間隔。其中，t1＋t2＝t，t1時(shí)間要小于t2時(shí)間。通過測量得到t1或者t2時(shí)間,利用式(4)便可求得下降沿觸發(fā)中斷時(shí)刻的實(shí)際電平。

3 測試流程和相應(yīng)的單片機(jī)程序

該單片機(jī)的中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。

incr1
mova,r1
cjnea,#01h,sec
clrtr0
mov20h,tl0
mov21h,th0
clrie0
reti
sec:clrtr1
mov22h,tl1　　　　
mov23h,th1　　　　
clrex1　　　　
clrex0　　
reti

由于程序執(zhí)行有一定的延時(shí)，在中斷返回后，還需對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出值進(jìn)行校正。本實(shí)驗(yàn)采用偉福公司生產(chǎn)的h51/l仿真器為單片機(jī)測量系統(tǒng)，測得t1值為6.514 ms，由式(4)可得：y′=0.729 v，即當(dāng)y′約為0.73 v時(shí)，單片機(jī)下降沿觸發(fā)中斷。

4 結(jié)論

本文通過設(shè)計(jì)一簡單的波形，對(duì)單片機(jī)的邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時(shí)刻進(jìn)行了準(zhǔn)確的測量，從而糾正了國內(nèi)單片機(jī)學(xué)習(xí)資料在邊沿觸發(fā)中斷時(shí)刻方面的不明確定義，且最終結(jié)果經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。