深度解析 Z8E000 Z8PLUS 一次性可編程微控制器

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。ZiLOG 的 Z8E000 Z8PLUS 一次性可編程微控制器，以其豐富的特性和強(qiáng)大的功能，為電子工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。今天，我們就來深入剖析這款微控制器，了解它的各項(xiàng)特性、工作原理以及應(yīng)用場景。

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一、關(guān)鍵特性

1. 核心參數(shù)

Z8E000 具有 512 字節(jié)的 ROM 和 32 字節(jié)的 RAM，運(yùn)行速度可達(dá) 10 MHz。所有指令在 10 MHz 時(shí)可在 1 μs 指令周期內(nèi)執(zhí)行，擁有 512 x 8 的片上 OTP EPROM 內(nèi)存和 32 x 8 的通用寄存器（SRAM）。它支持四種向量硬件中斷和兩種額外的軟件中斷，具備六種尋址模式（R、IR、X、D、RA 和 IM）。

2. 外設(shè)特性

• 定時(shí)器：配備一個(gè) 16 位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器和一個(gè) 16 位可編程看門狗定時(shí)器（WDT）。
• I/O 端口：共有 13 個(gè)輸入/輸出引腳，分為一個(gè) 8 位 I/O 端口（端口 A）和一個(gè) 5 位 I/O 端口（端口 B）。端口 A 可按位編程為推挽或開漏輸出，端口 B 除了標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出功能外，還具備特殊功能，如停止模式恢復(fù)輸入和可選邊緣中斷。

  3. 其他特性

• 時(shí)鐘：片上振蕩器可接受晶體、陶瓷諧振器、LC 或外部時(shí)鐘。
• 可編程選項(xiàng)：支持 EPROM 保護(hù)。
• 低功耗模式：包括 HALT 模式（外設(shè)單元活躍）和 STOP 模式（所有功能關(guān)閉）。
• CMOS 技術(shù)：具有低功耗特性，工作電壓范圍在 3.5V 至 5.5V（0°C 至 +70°C）和 4.5V 至 5.5V（-40°C 至 +105°C）。
• 封裝形式：提供 18 引腳 DIP、SOIC 和 20 引腳 SSOP 封裝。

二、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了器件在各種參數(shù)下的最大承受范圍，如環(huán)境溫度、引腳電壓、功耗、電流等。超出這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

2. 標(biāo)準(zhǔn)測試條件

在特定的測試條件下，對(duì)器件的電容特性進(jìn)行了測試，包括輸入電容、輸出電容和 I/O 電容，最大值均為 12 pF。

3. 直流電氣特性

詳細(xì)列出了不同溫度范圍（0°C 至 +70°C 和 -40°C 至 +105°C）下，時(shí)鐘輸入、輸出電壓、輸入泄漏電流、輸出泄漏電流、復(fù)位輸入電流、電源電流和待機(jī)電流等參數(shù)的最小值、最大值和典型值。

4. 交流電氣特性

給出了在 -40°C 至 +105°C、10 MHz 條件下的時(shí)鐘相關(guān)參數(shù)，如輸入時(shí)鐘周期、上升和下降時(shí)間、輸入時(shí)鐘寬度等。

三、核心架構(gòu)與復(fù)位機(jī)制

1. Z8PLUS 核心

Z8E000 基于 ZiLOG Z8Plus 核心架構(gòu)，能夠?qū)ぶ犯哌_(dá) 64KB 的程序內(nèi)存和 4KB 的 RAM。寄存器 RAM 可通過 4 位、8 位和 12 位尋址模式訪問，支持多達(dá) 15 個(gè)向量中斷，處理器可解碼 44 條 CISC 指令。

2. 復(fù)位機(jī)制

復(fù)位可由復(fù)位引腳、看門狗定時(shí)器（WDT）和停止模式恢復(fù)（SMR）觸發(fā)。系統(tǒng)復(fù)位會(huì)覆蓋所有其他操作條件，將 Z8E000 置于已知狀態(tài)。復(fù)位時(shí)，程序計(jì)數(shù)器加載 0020H，I/O 端口和控制寄存器配置為默認(rèn)復(fù)位狀態(tài)，但通用寄存器內(nèi)容不受影響。

四、看門狗定時(shí)器（WDT）

1. 工作原理

WDT 是一個(gè)可重觸發(fā)的 16 位定時(shí)器，由 XTAL2 時(shí)鐘引腳驅(qū)動(dòng)，每 64 個(gè)時(shí)鐘周期更新一次。當(dāng)達(dá)到終端計(jì)數(shù)時(shí)，會(huì)復(fù)位 Z8E000。

2. 控制寄存器

TCTLHI 寄存器用于控制 WDT，其中 D6、D5、D4 位決定超時(shí)周期，D7 位決定 HALT 模式下 WDT 是否活躍，D3 位控制 STOP 模式是否啟用。

3. 注意事項(xiàng)

WDT 只能在復(fù)位后的第一條指令中通過軟件禁用。WDT 和 SMR 標(biāo)志受外部復(fù)位引腳影響，復(fù)位會(huì)清除這兩個(gè)標(biāo)志，WDT 超時(shí)會(huì)設(shè)置 WDT 標(biāo)志，STOP 指令會(huì)設(shè)置 SMR 標(biāo)志。用戶需通過軟件清除這些標(biāo)志，否則可能導(dǎo)致未定義行為。

五、低功耗模式

1. HALT 模式

暫停指令執(zhí)行，關(guān)閉內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘，但片上振蕩器電路保持活躍?？赏ㄟ^中斷服務(wù)、復(fù)位激活或 WDT 超時(shí)退出該模式。

2. STOP 模式

提供最低的待機(jī)電流，關(guān)閉片上振蕩器和內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘?？赏ㄟ^復(fù)位引腳或 STOP 模式恢復(fù)源退出該模式。

六、時(shí)鐘與振蕩器

1. 時(shí)鐘電路

Z8E000 的時(shí)鐘由連接到 XTAL1 和 XTAL2 引腳的片上時(shí)鐘電路提供，包括振蕩器、毛刺濾波器、分頻整形電路等。時(shí)鐘可由晶體、陶瓷諧振器、LC 或外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)。

2. 振蕩器操作

采用皮爾斯振蕩器，具有內(nèi)部反饋電路。為確保振蕩器快速可靠啟動(dòng)，負(fù)載電容應(yīng)盡可能小，同時(shí)要注意布局和電路設(shè)計(jì)規(guī)則，避免噪聲干擾。

七、定時(shí)器

1. 定時(shí)器配置

兩個(gè) 8 位定時(shí)器（T2 和 T3）可級(jí)聯(lián)為一個(gè) 16 位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器。每個(gè)定時(shí)器配備一對(duì)可讀可寫寄存器，用于存儲(chǔ)自動(dòng)初始化值和當(dāng)前計(jì)數(shù)值。

2. 工作模式

定時(shí)器可設(shè)置為單次觸發(fā)或自動(dòng)重載模式。在自動(dòng)重載模式下，定時(shí)器達(dá)到 0 時(shí)會(huì)自動(dòng)重新加載初始化值并繼續(xù)計(jì)數(shù)。

八、I/O 端口

1. 端口配置

Z8E000 有 13 個(gè) I/O 引腳，分為端口 A 和端口 B。每個(gè)端口由一組四個(gè)控制寄存器（方向控制、特殊功能、輸入值和輸出值寄存器）定義。

2. 讀寫操作

端口的控制是按位進(jìn)行的，可配置為輸入或輸出。輸入時(shí)，使用施密特觸發(fā)器進(jìn)行同步；輸出時(shí)，輸出寄存器的值直接驅(qū)動(dòng)輸出引腳。

九、封裝與訂購信息

1. 封裝形式

提供 18 引腳 DIP、SOIC 和 20 引腳 SSOP 封裝，并給出了詳細(xì)的封裝尺寸信息。

2. 訂購信息

列出了不同溫度范圍和封裝形式的產(chǎn)品型號(hào)代碼，方便工程師根據(jù)需求進(jìn)行訂購。

總結(jié)

Z8E000 Z8PLUS 一次性可編程微控制器以其豐富的特性和靈活的配置，適用于各種需要強(qiáng)大 I/O 能力和低功耗的應(yīng)用場景。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)具體需求充分利用其各項(xiàng)功能，同時(shí)要注意遵循相關(guān)的電氣特性和設(shè)計(jì)規(guī)則，以確保器件的正常運(yùn)行。你在使用類似微控制器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。