單片機(jī)外中斷使用方面的問題及其解決方法

在長期使用51單片機(jī)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場等干擾較強(qiáng)的環(huán)境工作時，有時確已產(chǎn)生定義為下降沿觸發(fā)方式的外中斷，然而用儀器測量已經(jīng)送入單片機(jī)的INTX引腳時，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?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/問題">問題之后，再檢查CPU的當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)中斷級別、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，從該引腳引入的下降沿表示的中斷申請將丟失，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作導(dǎo)致的。同時我們還認(rèn)為這種誤動作和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，位口是普通I／O口。此時如對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)輸入為低電平時它能被拉成低電平，引腳信息經(jīng)兩個緩沖器進(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。估計在第二功能時只能用于輸入中斷的P3．2和P3．3口，內(nèi)部可能沒有變異功能輸出線，即使有，也只能上拉為固定的高電平?？梢?，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中斷優(yōu)先級，并在開中斷之后單片機(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（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。

筆者注意到單片機(jī)I／O口有兩類指令隱含著對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。

在筆者的程序中沒有使用第一類指令，第二類指令倒是有，不過，不是對P3．2（或P3．3）進(jìn)行操作，而是對P3．4和P3．5進(jìn)行操作（因為系統(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，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。為了驗證這一點，我們?nèi)サ袅顺绦蛑袑3．4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，但在極個別情況下，中斷仍不能進(jìn)入，這種極個別的現(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)在下一次中斷到來之前為1，從而保證不漏掉任何一次中斷申請。

對系統(tǒng)作了以上兩點改進(jìn)后，中斷丟失的現(xiàn)象再也沒有發(fā)生過。

參　考　文　獻(xiàn)
1　孫育才．MCS－51系列單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社，1987