深度解析Z90255 ROM与Z90251 OTP电视控制器：功能、特性与应用

在电视控制领域，Z90255 ROM和Z90251 OTP这两款32 KB电视控制器凭借其丰富的功能和出色的性能，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨这两款控制器的详细特性和应用。

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产品概述

Z90255和Z90251分别是带有屏幕显示（OSD）功能的电视控制器的ROM和OTP版本，它们拥有32 KB的程序内存。Z90251是一次性可编程（OTP）控制器，主要用于开发特定电视应用的代码或原型，以及进行初始限量生产，其程序ROM和字符生成ROM（CGROM）均可编程。而Z90255则将客户使用Z90251开发的ROM代码集成其中，客户代码会被掩膜到程序ROM和CGROM中。

这两款控制器专为电视接收器和录像机的音频和视频控制而设计，具备先进的OSD功能。它们充分利用Zilog的Z8扩展寄存器文件空间，提供了三个基本寻址空间：程序内存、视频RAM（VRAM）和寄存器文件。寄存器文件由300字节的通用寄存器、16个控制和状态寄存器、一个I/O端口寄存器以及三个保留寄存器组成。

引脚分配与描述

引脚分配

Z90255和Z90251的引脚分配明确，各个引脚承担着不同的功能，具体可参考相关表格。其中，PWM 6可以是6位或14位PWM输出，所有带横杠的信号均为低电平有效。

单用途引脚

单用途引脚包括AGND（模拟接地）、B（蓝色视频信号输出）、G（绿色视频信号输出）等，每个引脚都有其特定的功能和作用。例如，OSDX1和OSDX2是用于屏幕显示的点时钟振荡器输入和输出引脚，它们与电感和两个电容器相连，以生成字符点时钟，点时钟频率决定字符像素宽度，并与HSYNC相位同步。

复用引脚

复用引脚具有多种功能，如P20/HLFTN既可以是端口2的第0位，也可以是半色调输出；P24/SCLK0既可以是端口2的第4位，也可以是I²C时钟。这些复用引脚的设计增加了控制器的灵活性。

内存描述

标准寄存器文件

Z90255的标准寄存器文件由两个I/O端口寄存器（02h和03h）、236个通用寄存器（04h - EFh）和15个（F1h - FFh）控制和状态寄存器组成。寄存器00h、01h和F0h为保留寄存器。指令可以直接或间接访问寄存器，还支持使用寄存器指针进行4位寻址。

扩展寄存器文件

扩展寄存器文件提供了额外的系统控制寄存器、通用寄存器，以及对寄存器地址区域中外围设备和I/O端口的扩展映射。通过寄存器指针（FDh）的低半字节可以选择扩展寄存器文件（ERF）库，不同的库对应不同的功能。

程序内存

Z90255拥有32 KB的程序内存，前12个字节用于中断向量，包含六个16位向量，对应中断和程序控制例程的地址。程序内存从地址000Ch开始，在复位后开始执行。

看门狗定时器（WDT）

看门狗定时器（WDT）由内部RC振荡器驱动，其准确性取决于RC组件的容差。WDTMR寄存器在通电复位、看门狗复位或停止模式恢复后的前60个处理器周期内可访问，之后无法修改。WDT在复位后永久启用，为确保其正确设置，应在程序开始时执行“DI”和“WDT”指令，并在规定的超时时间内不断刷新WDT。

停止模式和暂停模式操作

掉电暂停模式

暂停模式会暂停指令执行并关闭内部CPU时钟，但片上振荡器电路保持活跃，内部时钟继续运行并应用于计数器/定时器和中断逻辑。进入暂停模式前，需先执行NOP指令清空指令流水线，然后执行暂停指令。退出暂停模式可以通过中断、POR/复位激活或看门狗定时器超时实现。

停止模式

停止模式提供最低的设备待机电流，它会关闭片上振荡器和内部系统时钟。进入停止模式前同样需要执行NOP指令清空指令流水线，然后执行停止指令。退出停止模式可以通过上电复位激活、WDT超时或停止模式恢复源实现。

停止模式恢复寄存器

停止模式恢复寄存器用于选择时钟分频值并确定停止模式恢复的方式。所有位均为只写，除了第7位为只读。该寄存器的不同位控制着停止模式恢复的各种参数，如恢复源、恢复电平、复位延迟等。

屏幕显示（OSD）

OSD定位

OSD定位通过编程OSD控制寄存器、垂直位置寄存器和水平位置寄存器来实现。OSD控制寄存器可以设置OSD的启用/禁用、VRAM模式、同步极性、字符大小和垂直回扫消隐等参数；垂直位置寄存器和水平位置寄存器分别控制OSD在屏幕上的垂直和水平位置。

第二颜色特性

第二颜色特性可以将每列逻辑划分为两部分，用于改变前景色。通过设置第二颜色控制寄存器和第二颜色寄存器，可以实现音量控制、调谐等模拟条的显示。

网格和半色调效果

网格是一种网格状区域，包含OSD和透明区域的交替像素显示，半色调效果是一个比电视信号正常画面稍暗的透明区域。它们都可以作为菜单、操作栏和其他屏幕显示的背景。通过相关寄存器可以控制网格的宽度、水平位置、行延迟、前景字符显示等参数。

OSD淡入淡出

淡入淡出是指OSD的逐渐消失，通过FADE_POS1、FADE_POS2和ROW_SPACE寄存器可以控制淡入淡出的边界行、扫描线和方向。

行间距

行间距可以在0到15个水平扫描线之间编程，设置为0时为连续行显示。通过ROW_SPACE寄存器可以控制淡入淡出的启用/禁用、方向、半色调效果延迟和行间距。

字符生成

Z90255支持14像素（水平）×18像素（垂直）的字符显示，字符在字符生成只读存储器（CGROM）中逐像素映射。通过组合多个字符可以形成大图标。

字符大小和平滑效果

Z90255支持四种字符大小：1X、2X、双倍宽度和双倍高度。平滑效果可以应用于2X和双倍宽度字符，通过DISP_ATTR寄存器可以启用或禁用平滑效果。

边缘效果

边缘效果是指用与前景色和背景色不同的颜色围绕字符，通过DISP_ATTR寄存器可以启用或禁用边缘效果，通过INT_ST寄存器可以设置边缘颜色。

显示属性控制

显示属性控制决定整个屏幕的显示特性，包括字符显示的启用/禁用、主背景的启用/禁用、边缘效果的启用/禁用、平滑效果的启用/禁用、RGB极性和主背景颜色等。

视频刷新RAM访问

Z90255支持12位字符数据，其中9位包含字符代码，3位包含调色板信息。通过颜色索引寄存器和调色板选择位，可以实现对字符颜色的控制。

I²C主接口

Z90255的I²C主接口支持四种不同的传输速度，通过I²C控制寄存器进行配置。为避免DATA和SCLK线上的问题，在I²C总线接口的所有输入上都实现了时间常数等于3Tsclk的数字滤波器。I²C模块通过设置I²C_CNTL寄存器的第2位来启用，启用前需要将相关引脚配置为输出，并将端口2配置为标准驱动模式。

输入/输出端口

Z90255共有20个输入/输出（I/O）端口，此外，七个脉冲宽度调制器（PWM）可以配置为常规输出端口，最多可提供27个I/O端口。通过端口配置寄存器、端口模式寄存器、端口数据寄存器和端口方向控制寄存器，可以对端口进行配置和控制。

红外接口

Z90255支持红外（IR）遥控接口，通过两个红外捕获寄存器（IR_CP0和IR_CP1）可以接收两个字节的数据。当发生IR中断时，根据TCR0寄存器的第0位设置，红外捕获寄存器可以记录从上次IR中断或上次溢出以来的时间。

脉冲宽度调制器

Z90255拥有11个脉冲宽度调制器通道，其中PWM1 - PWM10具有6位分辨率，通常用于音频和视频电平控制；PWM11具有14位分辨率，通常用于电压合成调谐。PWM6可以配置为6位或14位。通过PWM模式寄存器可以控制复用引脚的功能，使其作为PWM输出端口或常规输出端口。

模数转换器

Z90255配备了一个4位闪存模数转换器（ADC），可以配置为3位或4位。有四个复用模拟输入通道，通过3位ADC数据寄存器和4位ADC数据寄存器可以选择输入通道和设置ADC速度。

电气特性

绝对最大额定值

应力超过操作限制中列出的水平可能会对设备造成永久性损坏，这些限制仅代表应力极限，而非最佳操作水平。

DC特性

包括电源电压、输入电压、输出电压、输出电流、输入泄漏电流、供应电流等参数，这些参数决定了设备在直流情况下的性能。

AC特性

包括输入时钟周期、时钟输入上升和下降时间、输入时钟宽度、Hsync输入低宽度、Hsync输入高宽度等参数，这些参数影响设备在交流情况下的性能。

时序图

时序图展示了外部输入的时序要求，确保设备在正确的时间点进行操作。

封装与订购信息

Z90255采用42引脚收缩双列直插式封装（SDIP），提供了详细的封装尺寸信息。同时，文档还提供了订购信息和ROM代码提交说明，方便用户进行产品订购和代码提交。

通过对Z90255 ROM和Z90251 OTP电视控制器的详细分析，我们可以看到它们在电视控制领域的强大功能和广泛应用。无论是对于电视制造商还是电子工程师来说，深入了解这些控制器的特性和应用，都有助于开发出更加优秀的电视产品。你在使用这些控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。