Z86E33/733/E34、E43/743/E44 8位OTP微控制器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，微控制器是众多项目的核心组件。今天，我们来深入探讨 Zilog 公司的 Z86E33/733/E34、E43/743/E44 8 位一次性可编程（OTP）微控制器，了解其特性、功能以及在实际设计中的应用要点。

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一、架构概述

Z86E33/733/E34、E43/743/E44 属于 Zilog 单芯片 Z8® MCU 家族。它们具备增强的唤醒电路、可编程看门狗定时器、低噪声 EMI 选项以及便捷的硬件/软件系统扩展能力。四个基本地址空间支持广泛的内存配置，设计者还能访问三个额外的控制寄存器，方便对寄存器映射的外设和 I/O 电路进行操作。

对于对 I/O 能力有较高要求的应用，Z86E33/733/E34 有 24 个引脚，Z86E43/743/E44 则有 32 个专用输入输出引脚。这些引脚分为四个端口，每个端口 8 条线，可在软件控制下进行配置，用于提供定时、状态信号、带或不带握手的并行 I/O 以及用于连接外部存储器的地址/数据总线。

二、产品特性

2.1 基本参数

设备	ROM (KB)	RAM 1 (Bytes)	I/O 线	速度 (MHz)
Z86E33	4	237	24	12
Z86733	8	237	24	12
Z86E34	16	237	24	12
Z86E43	4	236	32	12
Z86743	8	236	32	12
Z86E44	16	236	32	12

2.2 其他特性

• 温度范围：支持标准温度（(V{CC}=3.5 ~V) 到 5.5 V）和扩展温度（(V{CC}=3.5 ~V) 到 5.5 V）。
• 封装形式：有 28 引脚 DIP/SOIC/PLCC OTP（E33/733/E34）、40 引脚 DIP OTP（E43/743/E44）、44 引脚 PLCC/LQFP OTP（E43/743/E44）等多种选择。
• 看门狗定时器：软件启用的看门狗定时器（WDT），具备无时钟 WDT 复位功能。
• I/O 端口特性：端口 0、端口 1 和端口 2 可进行推挽/开漏可编程配置，拥有 24/32 条输入/输出线。
• 低功耗：功耗低至 60 mW。
• 快速指令指针：指令指针速度为 0.75 µs。
• 待机模式：具备 STOP 和 HALT 两种待机模式。
• 数字输入：数字输入为 CMOS 电平，采用施密特触发器。
• 低 EMI 模式：软件可编程的低 EMI 模式。
• 计数器/定时器：两个可编程 8 位计数器/定时器，每个都带有 6 位可编程预分频器。
• 中断：六个向量、优先级中断来自六个不同源。
• 比较器：两个比较器。
• 片上振荡器：可接受晶体、陶瓷谐振器、LC、RC 或外部时钟驱动。

三、引脚描述

不同封装形式的引脚功能有所不同，下面以 40 引脚 DIP 封装的标准模式为例：	引脚编号	符号	功能	方向
1	R/W	读/写	输出
2 - 4	P25 - P27	端口 2，引脚 5、6、7	输入/输出
5 - 7	P04 - P06	端口 0，引脚 4、5、6	输入/输出
8 - 9	P14 - P15	端口 1，引脚 4、5	输入/输出
10	P07	端口 0，引脚 7	输入/输出
11	VCC	电源
12 - 13	P16 - P17	端口 1，引脚 6、7	输入/输出
14	XTAL2	晶体振荡器输出	输出
15	XTAL1	晶体振荡器输入	输入
16 - 18	P31 - P33	端口 3，引脚 1、2、3	输入
19	P34	端口 3，引脚 4	输出
20	AS	地址选通	输出
21	RESET	复位	输入
22	P35	端口 3，引脚 5	输出
23	P37	端口 3，引脚 7	输出
24	P36	端口 3，引脚 6	输出
25	P30	端口 3，引脚 0	输入
26 - 27	P00 - P01	端口 0，引脚 0、1	输入/输出
28 - 29	P10 - P11	端口 1，引脚 0、1	输入/输出
30	P02	端口 0，引脚 2	输入/输出
31	GND	接地
32 - 33	P12 - P13	端口 1，引脚 2、3	输入/输出
34	P03	端口 0，引脚 3	输入/输出
35 - 39	P20 - P24	端口 2，引脚 0、1、2、3、4	输入/输出
40	DS	数据选通	输出

在 EPROM 编程模式下，引脚功能又会发生变化，例如 40 引脚 DIP 封装：	引脚编号	符号	功能	方向
1	NC	无连接
2 - 4	D5 - D7	数据 5、6、7	输入/输出
5 - 10	NC	无连接
11	VCC	电源
12 - 14	NC	无连接
15	CE	芯片选择	输入
16	OE	输出使能	输入
17	EPM	EPROM 编程模式	输入
18	VPP	编程电压	输入
19 - 25	NC	无连接
26	CLR	清除	输入
27	CLK	时钟	输入
28 - 29	NC	无连接
30	/PGM	编程模式	输入
31	GND	接地
32 - 34	NC	无连接
35 - 39	D0 - D4	数据 0、1、2、3、4	输入/输出
40	NC	无连接

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位	注释
偏置下的环境温度	-40	+105	°C
存储温度	-65	+150	°C
任何引脚相对于 VSS 的电压	-0.6	+7	V	适用于除 XTAL 引脚外的所有引脚
VDD 引脚相对于 VSS 的电压	-0.3	+7	V
XTAL1、P32、P33 和 RESET 引脚相对于 VSS 的电压	-0.6	VDD + 1	V	引脚到 (V_{DD}) 无输入保护二极管
总功耗		1.21	W
流出 VSS 的最大允许电流		220	mA
流入 VDD 的最大允许电流		180	mA
流入输入引脚的最大允许电流	-600	+600	µA	不包括 XTAL 引脚
流入开漏引脚的最大允许电流	-600	+600	µA	器件引脚不在输出低电平状态
任何 I/O 引脚吸收的最大允许输出电流		25	mA
任何 I/O 引脚源出的最大允许输出电流		25	mA
RESET 引脚吸收的最大允许输出电流		3	mA

4.2 直流电气特性

不同温度范围和 (V{CC}) 电压下，各参数有不同的取值范围。例如在 (T{A}=0^{circ} C) 到 +70 °C 时：	符号	参数	(V_{CC})	最小值	最大值	典型值（@25°C）	单位	条件	注释
(V_{CH})	时钟输入高电压	3.5V	0.7 (V_{CC})	(V_{CC}) + 0.3	1.8	V	由外部时钟发生器驱动
		5.5V	0.7 (V_{CC})	(V_{CC}) + 0.3	2.5	V	由外部时钟发生器驱动
(V_{CL})	时钟输入低电压	3.5V	GND - 0.3 到 0.2 (V_{CC})		0.9	V	由外部时钟发生器驱动
		5.5V	GND - 0.3 到 0.2 (V_{CC})		1.5	V	由外部时钟发生器驱动

4.3 电容特性

在 (T{A}=25^{circ} C) ，(V{CC}=GND = 0 ~V) ，(f = 1.0 MHz) ，未测量引脚接地的条件下：	参数	最小值	最大值
输入电容	0	12 pF
输出电容	0	12 pF
I/O 电容	0	12 pF

五、功能描述

5.1 复位功能

设备可通过三种方式复位：上电复位、看门狗定时器和停止模式恢复源。内置自动上电复位电路，无需连接外部上电复位电路，复位时间为 (T_{POR}) 。在停止模式恢复操作时，WDTMR、SMR、P2M 和 P3M 寄存器不会重新初始化为复位值。

5.2 程序存储器

MCU 可寻址高达 4/8/16 KB 的内部程序存储器。前 12 字节的程序存储器用于中断向量，包含六个 16 位向量对应六个可用中断。在 EPROM 模式下，从字节 12（000Ch）到地址 4095（0FFFh）/8191（1FFFh）/16384（3FFFh）为可编程 EPROM。复位后，程序计数器指向地址 000Ch，即用户程序的起始地址。在无 ROM 模式下，Z86E43/743/E44 可寻址高达 64 KB 的外部程序存储器。

5.3 数据存储器

在 ROM 模式下，Z86E43/743/E44 可寻址高达 60156/48 KB 的外部数据存储器，起始位置为 4096/8192/16384。在无 ROM 模式下，可寻址高达 64 KB 的数据存储器。外部数据存储器可与外部程序存储器空间合并或分离。DM（可选的 (overline{DM}) ）是一个可选的 I/O 功能，可编程出现在引脚 P34 上，用于区分数据和程序存储器空间。

5.4 寄存器文件

寄存器文件由三个 I/O 端口寄存器、236/125 个通用寄存器、15 个控制和状态寄存器以及三个系统配置寄存器组成。指令可直接或通过 8 位地址字段间接访问寄存器，使用寄存器指针可实现 4 位模式下的访问，将寄存器文件分为 16 个工作寄存器组。

5.5 计数器/定时器

有两个 8 位可编程计数器/定时器（T0 和 T1），每个都由自己的 6 位可编程预分频器驱动。T1 预分频器可由内部或外部时钟源驱动，T0 预分频器仅由内部时钟驱动。6 位预分频器可将时钟源的输入频率除以 1 到 64 之间的任何整数。计数器可编程启动、停止、重启或继续计数，也可在达到计数终点时产生定时器中断请求。

5.6 中断

MCU 有六个不同的中断源，中断可屏蔽且有优先级。中断源分为端口 3 的四条线（P33 - P30）和两个计数器/定时器。中断屏蔽寄存器可全局或单独启用或禁用六个中断请求。当多个中断待处理时，由可编程优先级编码器根据中断优先级寄存器（IPR）解决优先级问题。

5.7 时钟

片上振荡器具有高增益、并联谐振放大器，可连接晶体、RC、陶瓷谐振器或任何合适的外部时钟源（XTAL1 为输入，XTAL2 为输出）。晶体应为 AT 切割，频率范围为 10 kHz 到 16 MHz 最大，串联电阻（RS）小于或等于 100 Ω。

5.8 电源管理

• HALT 模式：关闭内部 CPU 时钟，但不关闭 XTAL 振荡。计数器/定时器和外部中断 IRQ0、IRQ1 和 IRQ2 保持活动。设备可通过中断恢复，中断请求必须被执行才能退出 HALT 模式。
• STOP 模式：关闭内部时钟和外部晶体振荡，将待机电流降低到 10 微安或更低。可通过 WDT 超时、POR、停止模式恢复源或外部复位终止 STOP 模式，处理器将在地址 000Ch 重新启动应用程序。

5.9 寄存器配置

• 端口配置寄存器（PCON）：用于配置端口，包括端口 3 的比较器输出、端口 0 和端口 1 的开漏配置、端口 0、1、2 和 3 的低 EMI 配置以及低 EMI 振荡器。
• 停止模式恢复寄存器（SMR）：选择时钟分频值，确定停止模式恢复的模式。
• 看门狗定时器模式寄存器（WDTMR）：看门狗定时器是一个可重触发的单触发定时器，若达到终端计数将复位 Z8。可通过执行 WDT 指令启用和刷新，由片上 RC 振荡器或 XTAL1 引脚的外部振荡器驱动。

六、应用注意事项

在正常操作中，如果引脚 P31 和 RESET 上出现超过 (V{CC}) 的过大噪声浪涌，可能会意外启用生产测试模式环境。此外，在标准模式下，微控制器的 (V{PP}) 、EPM、(overline{OE}) 等引脚受到过大噪声浪涌影响时，可能会影响 Z8 OTP 设备的处理器操作。建议使用钳位二极管到 (V_{CC}) 、在受影响的引脚添加电容以及启用 EPROM/测试模式禁用 OTP 选项位来抑制电压浪涌。

七、总结

Z86E33/733/E34、E43/743/E44