單片機外中斷使用方面的問題及其解決方法

在長期使用51單片機的過程中，我們發現單片機在工業生產現場等干擾較強的環境工作時，有時確已產生定義為下降沿觸發方式的外中斷，然而用儀器測量已經送入單片機的INTX引腳時，單片機卻不能夠正常響應中斷。在排除了可能由程序導致的問題之后，再檢查CPU的當前狀態，發現中斷級別、中斷允許、中斷觸發方式也都表明應該響應中斷。后經分析及測試，發現是單片機INTX引腳內部端口鎖存器被置為零所致。當端口被封鎖為零時，從該引腳引入的下降沿表示的中斷申請將丟失，中斷當然不被響應。由于程序中并未使用可將端口鎖存器置為零的指令，且這種情況的產生具有一定的隨機性，并非經常發生，所以認為這種現象可能是因電路干擾或噪聲造成鎖存器誤動作導致的。同時我們還認為這種誤動作和P3口的內部結構及操作方式有一定關系。

單片機外中斷輸入端的 P3口是具有第二變異功能的準雙向口，其每一位的內部結構如圖1所示。當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口進行寫操作，數據由內部總線寫入鎖存器，經與非門和MOS管兩次反相后送出引腳；如對I／O口進行讀操作，則必須先將鎖存器置為1，使MOS管截止，引腳被片內負載MOS 管（圖中標為上拉電阻）上拉為高電平，然后可進行輸入操作，當輸入為低電平時它能被拉成低電平，引腳信息經兩個緩沖器進入內總線；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。可見，單片機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。單片機復位后所有I／O口的狀態都是1，一般在系統的初始化程序中定義過中斷優先級，并在開中斷之后單片機即可響應中斷，此后若關掉相應中斷允許位（置為0），則需從引腳進入單片機的中斷有效信號（低電平或下降沿）雖然仍可進入并使IE0（或IE1）置為1，但不能引起中斷，當然程序可查尋IE了解中斷源是否產生了中斷申請。

筆者注意到單片機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，在執行了讀I／O引腳指令后，I／O口鎖存器狀態將變得和引腳相同，如果在中斷引腳為低電平期間正巧執行了這種指令，鎖存器將變為0態，中斷從此將不能進入。

第二類是讀－修改－寫鎖存器指令，例如SETB　PX．Y和JBC　PX．Y，LABEL等，這些指令被執行時總是先讀入I／O口全部8位數據，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）進行操作，而是對P3．4和P3．5進行操作（因為系統中使用了P3．4和P3．5作為普通I／O位口）。但是，我們認為有可能在執行這一類指令修改P3．4和P3．5鎖存器位時，由于受到較強的干擾而誤將 P3．2（或P3．3）寫成了0，從而出現上述情況。為了驗證這一點，我們去掉了程序中對P3．4和P3．5進行操作的指令，發現中斷不能進入的現象基本消失，但在極個別情況下，中斷仍不能進入，這種極個別的現象純粹是隨機干擾所致。

為徹底解決中斷不能進入的問題，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，而用單片機外部擴充的接口取而代之；

（2）在中斷服務程序即將退出之前，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。

對系統作了以上兩點改進后，中斷丟失的現象再也沒有發生過。

參　考　文　獻
1　孫育才．MCS－51系列單片微型計算機及其應用．南京：東南大學出版社，1987