Z86C83/C84/E83 CMOS Z8? MCU：嵌入式控制的理想之選

在嵌入式控制領(lǐng)域，一款性能卓越、功能豐富的微控制器（MCU）對(duì)于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜應(yīng)用至關(guān)重要。Z86C83/C84/E83 CMOS Z8? MCU便是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它以其獨(dú)特的架構(gòu)和強(qiáng)大的功能，為工程師們提供了廣闊的設(shè)計(jì)空間。

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一、產(chǎn)品概述

Z86C83/C84/E83隸屬于Z8? MCU家族，具備獨(dú)特的寄存器到寄存器架構(gòu)，有效避免了累加器瓶頸問(wèn)題，相較于RISC處理器，顯著提升了代碼效率。該系列MCU適用于眾多嵌入式控制應(yīng)用場(chǎng)景，如家電、過(guò)程控制、鍵盤(pán)、安全系統(tǒng)、電池充電器以及汽車(chē)模塊等。

產(chǎn)品特性

此外，它還具有以下特性：

1. 封裝形式多樣：提供28 - Pin DIP、SOIC和PLCC封裝，方便不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
2. 時(shí)鐘速度：時(shí)鐘速度可達(dá)16 MHz，滿(mǎn)足高速處理需求。
3. 擴(kuò)展寄存器組：擁有三個(gè)擴(kuò)展寄存器組，增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制能力。
4. A/D和D/A轉(zhuǎn)換器：8通道、8位A/D轉(zhuǎn)換器，具備跟蹤和保持功能以及獨(dú)特的R - Ladder (A GND) 偏移控制；Z86C84還配備兩個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器，具有可編程增益級(jí)，建立時(shí)間僅3 μs。

二、引腳說(shuō)明

不同型號(hào)的Z86C83/C84/E83在引腳配置上存在一定差異，下面為大家詳細(xì)介紹：

Z86C83和標(biāo)準(zhǔn)模式Z86E83

Z86C84

Z86E83（EPROM 編程模式）

三、電氣特性

絕對(duì)最大額定值

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件

該系列 MCU 的特性在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下適用，所有電壓均參考接地。例如，電容參數(shù)在 (T{A}=25^{circ} C) ，(V{CC}=GND = 0 ~V) ，(f = 1.0 MHz) ，未測(cè)量引腳返回 GND 的條件下測(cè)量，輸入電容、輸出電容和 I/O 電容的最大值均為 15 pF。

DC 電氣特性

不同型號(hào)在不同電壓和溫度條件下的 DC 電氣特性有所不同，如時(shí)鐘輸入高電壓、低電壓，輸入高電壓、低電壓，輸出高電壓、低電壓等參數(shù)。以 Z86C83/C84 為例，在 (V{CC}=3.0V) ，溫度范圍為 0°C 至 +70°C 時(shí)，時(shí)鐘輸入高電壓范圍為 0.7 (V{CC}) 至 (V_{CC}+0.3) ，典型值為 1.3V。

AC 電氣特性

同樣，AC 電氣特性也與電壓、溫度和時(shí)鐘頻率等因素相關(guān)。例如，輸入時(shí)鐘周期在不同電壓和溫度下有不同的要求，在 (V_{CC}=3.0V) ，溫度范圍為 0°C 至 +70°C 時(shí)，輸入時(shí)鐘周期最小值為 250 ns。

四、功能描述

復(fù)位功能

復(fù)位引腳 /RESET 用于初始化 MCU，可通過(guò)上電復(fù)位（POR）、看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）復(fù)位或外部復(fù)位實(shí)現(xiàn)。在 POR 和 WDT 復(fù)位期間，內(nèi)部生成的復(fù)位信號(hào)會(huì)將復(fù)位引腳拉低，持續(xù) POR 時(shí)間。復(fù)位檢測(cè)后，內(nèi)部 RST 信號(hào)會(huì)被鎖存并保持一段時(shí)間，程序執(zhí)行將在 RST 釋放后的 5 - 10 個(gè) TpC 周期后從地址 000C（十六進(jìn)制）開(kāi)始。

程序存儲(chǔ)器

C83/C84/E83/E84 可尋址高達(dá) 4 KB 的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，前 12 個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)中斷向量，其余部分為片上掩膜編程 ROM。同時(shí)，ROM 保護(hù)功能可防止外部程序讀取 ROM 內(nèi)容。

擴(kuò)展寄存器文件

寄存器文件得到擴(kuò)展，允許更多的系統(tǒng)控制寄存器和外設(shè)設(shè)備及輸入/輸出端口映射到寄存器地址區(qū)域。Z8 寄存器地址空間 R0 至 R15 被實(shí)現(xiàn)為 16 組，每組 16 個(gè)寄存器，這些寄存器組被稱(chēng)為擴(kuò)展寄存器文件（ERF）。

計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

該系列 MCU 配備兩個(gè) 8 位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器（T0 - T1），每個(gè)由一個(gè) 6 位可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)。T1 預(yù)分頻器可由內(nèi)部或外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，而 T0 預(yù)分頻器僅由內(nèi)部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。計(jì)數(shù)器可進(jìn)行多種模式的編程，如啟動(dòng)、停止、重啟等，還可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)功能。

中斷

Z8 具有六個(gè)不同來(lái)源的中斷，這些中斷可屏蔽、可優(yōu)先級(jí)排序。中斷源分為兩類(lèi)：四個(gè)來(lái)自端口 3 的 P33 - P30 線(xiàn)，兩個(gè)來(lái)自計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。中斷請(qǐng)求可通過(guò)中斷屏蔽寄存器進(jìn)行全局或單獨(dú)的啟用或禁用。當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，可編程優(yōu)先級(jí)編碼器會(huì)根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器的設(shè)置來(lái)解決優(yōu)先級(jí)問(wèn)題。

時(shí)鐘

片上振蕩器具有高增益、并聯(lián)諧振放大器，可連接晶體、LC、陶瓷諧振器或任何合適的外部時(shí)鐘源。晶體應(yīng)采用 AT 切割，最大頻率為 16 MHz，串聯(lián)電阻（RS）小于或等于 100 Ohms。為減少接地噪聲注入到振蕩器，晶體應(yīng)通過(guò)推薦的電容值連接到 XTAL1 和 XTAL2 引腳，并直接連接到設(shè)備接地引腳。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

ADC 是一個(gè) 8 位半閃存轉(zhuǎn)換器，使用兩個(gè)參考電阻梯進(jìn)行上 4 位（MSBs）和下 4 位（LSBs）的轉(zhuǎn)換。在采樣期間，轉(zhuǎn)換器會(huì)自動(dòng)調(diào)零，轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于內(nèi)部時(shí)鐘頻率，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為 35 x SCLK。ADC 由 Z8 控制，其三個(gè)寄存器（兩個(gè)控制寄存器和一個(gè)結(jié)果寄存器）映射到擴(kuò)展寄存器文件中。通過(guò)配置控制寄存器并寫(xiě)入啟動(dòng)命令，可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程。同時(shí)，ADC 還支持校準(zhǔn)偏移功能，可通過(guò)選擇性啟用特殊匹配電阻來(lái)調(diào)整 (A GND) 的偏移，從而提高在特定電壓范圍內(nèi)的分辨率。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

Z86C84 配備兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），每個(gè) DAC 是一個(gè) 8 位電阻串，具有可編程的 0.25X、0.5X 或 1X 增益輸出緩沖器。DAC 輸出電壓在內(nèi)部數(shù)據(jù)鎖存到 DAC 數(shù)據(jù)寄存器后穩(wěn)定。DAC 的參考電壓可選擇模擬電源軌 (AV_{CC}) 和 (A GND) ，或外部提供的參考電壓 VDHI 和 VDLO。通過(guò)寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器，可實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換，并設(shè)置增益和啟用/禁用 DAC。

電源管理

上電復(fù)位（POR）

POR 定時(shí)器功能由板載 RC 振蕩器或 XTAL 振蕩器驅(qū)動(dòng)的定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)。POR 時(shí)間用于使 (V_{CC}) 和振蕩器電路穩(wěn)定，然后開(kāi)始執(zhí)行指令。POR 定時(shí)器可由三種條件觸發(fā)：電源故障到電源正常狀態(tài)、停止模式恢復(fù)（如果 SMR 寄存器的 D5 = 1）、WDT 超時(shí)（包括從停止模式）。

HALT 模式

HALT 模式會(huì)關(guān)閉內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘，但不影響 XTAL 振蕩。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和外部中斷 IRQ0、IRQ1 和 IRQ2 保持活動(dòng)狀態(tài)。設(shè)備可通過(guò)外部或內(nèi)部產(chǎn)生的中斷（如 POR 或 WDT 超時(shí)）恢復(fù)，中斷請(qǐng)求必須被執(zhí)行才能退出 HALT 模式。中斷服務(wù)程序執(zhí)行后，程序?qū)?HALT 指令后的指令繼續(xù)執(zhí)行。

STOP 模式

STOP 模式會(huì)關(guān)閉內(nèi)部時(shí)鐘和外部晶體振蕩，將待機(jī)電流降低到 10 μA（典型值）或更低。STOP 模式可通過(guò) WDT 超時(shí)、POR 或停止模式恢復(fù)來(lái)終止，處理器將從地址 000CH 重新啟動(dòng)應(yīng)用程序。為避免在執(zhí)行睡眠指令時(shí)暫停執(zhí)行中間指令，進(jìn)入 STOP 或 HALT 模式前，需要先執(zhí)行 NOP 指令來(lái)清空指令流水線(xiàn)。

停止模式恢復(fù)寄存器（SMR）

SMR 寄存器用于選擇時(shí)鐘分頻值和確定停止模式恢復(fù)的模式。該寄存器的所有位除 D7 外均為只寫(xiě)位，D7 為只讀標(biāo)志位，在停止模式恢復(fù)時(shí)由硬件設(shè)置，在電源上電周期時(shí)復(fù)位。SMR 寄存器的不同位控制著時(shí)鐘分頻、停止模式恢復(fù)源、停止延遲、恢復(fù)電平以及 WDT 的超時(shí)周期等功能。

看門(mén)狗定時(shí)器模式寄存器（WDTMR）

WDT 是一個(gè)可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器，如果達(dá)到終端計(jì)數(shù)，將復(fù)位 Z8。WDT 最初通過(guò)執(zhí)行 WDT 指令啟用，并在后續(xù)執(zhí)行 WDT 指令時(shí)刷新。WDT 電路由板載 RC 振蕩器或 XTAL1 引腳的外部振蕩器驅(qū)動(dòng)。WDTMR 寄存器的不同位控制著 WDT 的時(shí)鐘源、超時(shí)周期、在 HALT 和 STOP 模式下的活動(dòng)狀態(tài)等。

五、端口配置

端口 0

端口 0 是一個(gè) 7 位、雙向、CMOS 兼容的 I/O 端口，其中 P03 - P06 在 Z86C84 中不可用。這些 I/O 線(xiàn)可分別進(jìn)行半字節(jié)編程，作為輸入/輸出使用。所有輸入緩沖器采用施密特觸發(fā)器，輸出驅(qū)動(dòng)器為推挽式。同時(shí)，P03 - P06 具有自動(dòng)鎖存功能，可在未外部驅(qū)動(dòng)時(shí)提供有效的 CMOS 電平，避免輸入浮動(dòng)導(dǎo)致的過(guò)大電流。

端口 2

端口 2 是一個(gè) 8 位、雙向、CMOS 兼容的 I/O 端口，也是 8 通道多路復(fù)用輸入到 8 位 ADC 的端口。通過(guò)編程 Port2 模式寄存器，可將端口 2 配置為數(shù)字輸入，讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；或配置 ADC 控制寄存器，讀取 ADC 結(jié)果寄存器以評(píng)估模擬信號(hào)。端口 2 的每個(gè) I/O 線(xiàn)方向可單獨(dú)配置，并且所有版本的設(shè)備都支持為每個(gè)端口 2 I/O 線(xiàn)單獨(dú)連接 10K（±20%）上拉電阻，通過(guò)軟件控制 P2RES 寄存器實(shí)現(xiàn)。

端口 3

端口 3 是一個(gè) 6 位、CMOS 兼容的端口，具有三個(gè)固定輸入（P33 - P31）和三個(gè)固定輸出（P34 - P36），可通過(guò)軟件控制進(jìn)行輸入/輸出、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、中斷和