深入解析Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低电压带ADC微控制器

在嵌入式控制应用领域，微控制器扮演着至关重要的角色。今天，我们将深入探讨ZiLOG公司的Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低电压带ADC微控制器，了解其架构、特性、功能及应用。

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一、架构概述

Z86D99是一款低电压通用一次性可编程（OTP）Z8®微控制器，集成了四通道8位sigma delta模数转换器；Z86L99则是其只读存储器（ROM）版本。该系列产品适用于多种嵌入式控制应用，如电池充电器、家用电器、红外（IR）遥控器、安全系统和无线键盘等。

1.1 核心特性

• 灵活的寄存器架构：Z8微控制器核心具有独特的寄存器到寄存器架构，256个通用寄存器均可作为累加器使用，避免了累加器瓶颈，提高了代码效率。这些寄存器还可作为地址指针、索引寄存器或用于实现片上堆栈。
• 高效的指令集：由43条基本指令组成的Z8指令集，针对高代码密度和减少执行时间进行了优化，与ZiLOG Z80指令集形式相似，支持位、4位半字节、二进制编码十进制（BCD）数字、8位字节和16位字的操作。
• 丰富的外设：拥有三个计数器/定时器、两个独立的模拟比较器、受控电流输出、489字节的RAM（其中256字节映射到程序内存空间）以及低电池检测标志等。

1.2 产品特性对比

型号	引脚数	I/O数	内存（字节）	工作电压（V）	ADC	定时器	看门狗定时器
Z86D990	40/48	32	32K OTP	3.0 - 5.5	4通道	3	是
Z86D991	28	24	32K OTP	3.0 - 5.5	-	3	是
Z86L990	40/48	32	16K ROM	2.3 - 5.5	4通道	3	是
Z86L991	28	24	16K ROM	2.3 - 5.5	-	3	是
Z86L996	28	24	4K ROM	2.3 - 5.5	-	3	是
Z86L997	28	24	8K ROM	2.3 - 5.5	-	3	是

二、功能模块详解

2.1 中央处理单元（CPU）

• 寄存器架构：Z8的寄存器导向架构围绕由256个连续字节组成的内部寄存器文件，包括4个I/O端口寄存器、12个控制和状态寄存器、233个通用寄存器以及7个预留寄存器。此外，Z86D99/Z86L99系列还使用了位于Z8扩展寄存器文件中的21个控制和状态寄存器。
• 控制寄存器：包括寄存器指针（RP）、堆栈指针（SP）、程序控制标志（FLAGS）、中断控制（IPR、IMR和IRQ）、停止模式恢复（SMR、P2SMR和P5SMR）以及低电池检测（LB）标志等。

2.2 内存（ROM/OTP和RAM）

• 地址空间：提供四种基本地址空间，包括程序内存（片上）、标准寄存器文件、扩展寄存器文件和可执行RAM。
• 程序内存结构：前12字节的程序内存用于中断向量，地址12（0Ch）到32,767（7FFFh）为片上一次性可编程内存。Z86L99X只有4K/8K/16K ROM大小。此外，该系列产品还拥有256字节的片上可执行RAM，映射到程序内存地址空间的FF00h - FFFFh。

2.3 时钟电路

• 时钟源：Z8的时钟由连接到XTAL1和XTAL2引脚的片上时钟电路提供，可由晶体、陶瓷谐振器、LC时钟、RC或外部时钟源驱动。
• 时钟控制：通过SMR寄存器的编程寄存器位实现对内部系统时钟的软件控制，可选择时钟分频值和停止模式恢复模式。

2.4 中断系统

• 中断类型：Z86D99/Z86L99系列允许最多六种不同的中断，包括三个外部中断和三个内部中断，来自九个可能的源。
• 中断控制：通过中断屏蔽寄存器（IMR）和中断优先级寄存器（IPR）对中断进行屏蔽和优先级设置。中断请求存储在中断请求寄存器（IRQ）中，可用于轮询。

2.5 I/O端口

• 端口配置：该系列产品在40引脚配置中最多有32条输入和输出线，分为四个8位端口（Port 2、Port 4、Port 5和Port 6）。所有端口均为位可编程，可设置为输入或输出。
• 特殊功能：部分端口具有特殊功能，如模拟比较器输入、ADC通道、外部中断等。

2.6 外设

• 模拟比较器：包含两个独立的片上通用模拟比较器，可用于生成中断IRQ0和IRQ2，在停止模式下关闭。
• 模数转换器（ADC）：采用sigma delta架构，由调制器和数字滤波器组成，可选择四个模拟输入通道。
• 有源毛刺滤波器：可用于改善设备在嘈杂环境中电源的质量，通过三个独立的电源总线（ (V_{DDpadding}) 、 (V{DDCORE}) 和 (AV{DD}) ）实现。
• 受控电流输出：P43是一个开漏输出引脚，可作为受控电流源，输出电流由P43的值控制。
• 定时器：提供一个通用8位计数器/定时器 (T{1}) 和可编程8位计数器/定时器 (T{8}) 以及16位计数器/定时器 (T_{16}) ，可用于生成和接收复杂的脉冲或信号。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

• 电源电压（ (V_{MAX}) ）：-0.3V至+7.0V
• 存储温度（ (T_{STG}) ）：-65°C至+150°C
• 工作环境温度（ (T_{A}) ）：具体见订购信息
• 最小RAM电压（ (V_{RAM}) ）：1.0V（估计值，未测试）

3.2 DC特性

不同型号的Z86D99X（OTP）和Z86L99X（ROM）在电源电压、输入输出电压、电流等方面有不同的特性，例如Z86D99X的电源电压范围为3.0 - 5.5V，而Z86L99X为2.3 - 5.5V。

3.3 模数转换器特性

• 分辨率：8位
• 积分非线性：0.5 - 1 LSB
• 差分非线性：0.5 - 1 LSB
• 零误差：在25°C时最大为7.8mV

3.4 AC特性

包括输入时钟周期、时钟输入上升和下降时间、定时器输入低和高宽度等参数。

四、封装与订购信息

4.1 封装

提供48引脚SSOP、40引脚PDIP、28引脚PDIP和28引脚SOIC等多种封装形式。

4.2 订购信息

涵盖了不同型号的产品、仿真器、适配器和评估板的订购编号，可通过当地ZiLOG销售办公室获取帮助，最新信息可在ZiLOG网站查询。

五、设计考虑

在设计使用Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM微控制器的电路时，需要注意以下几点：

• 时钟电路设计：采用Pierce振荡器，要求放大器具有高增益以补偿反馈路径损耗。连接晶体、电容器和Z8振荡器引脚的走线应尽可能短而宽，以减少寄生电感和电阻。
• 噪声抑制：振荡器引脚和接地侧的引线电容器应与其他走线（时钟、 (V_{CC}) 和系统接地）隔离，以减少串扰和噪声注入。

Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低电压带ADC微控制器具有丰富的特性和功能，适用于多种嵌入式控制应用。在设计过程中，我们需要充分了解其架构和电气特性，合理选择封装和配置参数，以确保系统的稳定性和性能。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。