Z86E23键盘微控制器：特性、功能与编程详解

在电子设计领域，微控制器是众多项目的核心组件。今天我们来详细探讨Zilog公司的Z86E23键盘微控制器，它具有8K OTP（一次性可编程）功能，在键盘控制等应用中有着出色的表现。

文件下载：Z86E2304VSC00TR.pdf

一、产品特性

1. 基本参数

设备	EPROM (KB)	RAM* (字节)	I/O 线	电压范围
Z86E23	8	236	32	4.5V 至 5.5V

2. 封装与功耗

采用40引脚DIP或44引脚PLCC封装，低功耗设计，最大功耗仅165mW。具备两种待机模式：STOP和HALT，能有效降低能耗。

3. 输入特性

所有数字输入为TTL电平，高压输入具备高压保护功能，提高了系统的稳定性和可靠性。

二、功能概述

1. 架构与资源

基于Zilog的8位微控制器核心，拥有灵活的I/O方案、高效的寄存器和地址空间结构。提供8KB的EPROM和256字节的RAM（其中236字节为通用），满足不同应用的存储需求。

2. 计数器/定时器

配备两个可编程的8位计数器/定时器（T0 - T1），每个都有6位可编程预分频器。T1的预分频器可由内部或外部时钟源驱动，而T0的预分频器仅由内部时钟驱动。预分频器可将时钟源输入频率除以1 - 64的任意整数，当计数器和预分频器计数结束时，会产生定时器中断请求（IRQ4或IRQ5）。计数器可进行多种模式编程，如单通模式和模n连续模式，且计数器可随时读取而不影响其值或计数模式。

3. 中断系统

具有六个不同来源的可屏蔽和优先级中断，其中四个来自端口3的P33 - P30，两个来自计数器/定时器。中断请求由中断屏蔽寄存器全局或单独启用或禁用，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进行优先级处理。所有中断通过程序内存中的位置进行向量处理，中断激活时会保存程序计数器和状态标志，并跳转到中断服务程序的向量位置。

4. 时钟系统

片上振荡器可连接晶体、LC、陶瓷谐振器或任何合适的外部时钟源（XTAL1为输入，XTAL2为输出）。晶体建议采用AT切割，最大频率4MHz，串联电阻（RS）小于等于100欧姆，需使用推荐电容（10pF < CL < 150pF）连接到地。

5. 低EMI设计

通过移除内部二分频电路和修改片上振荡器，降低了EMI发射，减少了对其他设备的干扰。

6. 待机模式

• 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、IRQ2、IRQ3保持活跃。可通过外部或内部产生的中断恢复，中断服务程序执行后，程序从HALT指令后的指令继续执行。
• STOP模式：关闭内部时钟和外部晶体振荡，将待机电流降低到5μA（典型值）或更低。通过复位终止该模式，处理器从地址000CH重新启动应用程序。进入STOP或HALT模式前，需先执行NOP指令清空指令流水线，避免在指令执行中途暂停。

三、引脚说明

1. 标准模式

• 40引脚DIP封装：不同引脚具有不同功能，如VCC为电源供应，XTAL1和XTAL2用于连接晶体或时钟源，RESET为复位引脚等。部分引脚用于测试，客户需将其作为“浮动引脚”处理，同时为避免系统ESD故障，特定引脚（如Pin 9）必须接地。
• 44引脚PLCC封装：与40引脚DIP封装类似，但引脚布局和功能分配有所不同，同样存在用于测试的“浮动引脚”和需接地的引脚以防止ESD故障。

2. EPROM模式

• 40引脚DIP封装：引脚功能与标准模式不同，如CE为芯片使能，VPP为编程电压，EPM为EPROM编程模式等。同样有测试用的“浮动引脚”和需接地的引脚。
• 44引脚PLCC封装：引脚功能和布局也相应调整，以适应EPROM编程模式的需求。

四、编程模式

1. 用户模式

Z86E23提供多种用户模式，每种模式有不同的AC定时周期。

• EPROM Read1和Read2：可将Z86E23作为标准2764A EPROM进行读取，通过驱动/EPM引脚到VH并激活/CE和/OE实现。此模式在执行EPROM保护周期后无效。
• Program：采用智能编程算法，VCC为6.0V，VPP为12.5V，编程脉冲以1ms为增量，最多25个脉冲，验证后发出三倍编程周期时长的脉冲确保编程正确。
• Program Verify：作为智能编程算法的一部分，确保在最坏情况下的数据完整性，与EPROM读取模式的区别在于VPP激活且VCC必须为6.0V。
• EPROM和RAM Protect：为增强程序安全性，提供EPROM和RAM保护周期。执行EPROM保护周期后，禁止EPROM读取、验证和编程周期；执行RAM保护周期可禁用对寄存器内存上128字节（不包括模式和配置寄存器）的访问，但需先设置IMR（R251）的第6位。

2. 编程波形和流程

编程过程涉及多个参数的设置，如地址建立时间、数据建立时间、VCC建立时间等。编程流程遵循智能编程算法，包括编程脉冲的施加、验证和最终数据比较等步骤。

五、控制寄存器

Z86E23拥有多个控制寄存器，用于配置和控制微控制器的各种功能，如定时器模式、计数器/定时器值、端口模式、中断优先级和屏蔽等。每个寄存器的不同位具有不同的功能，通过对这些寄存器的操作，可以灵活地实现各种应用需求。

六、封装信息与订购信息

1. 封装尺寸

提供40引脚DIP和44引脚PLCC封装，文档中详细给出了两种封装的尺寸参数，包括毫米和英寸单位的最小、最大值和典型值。

2. 订购信息

产品编号包含了速度、温度范围、封装类型和环境标准等信息。例如，Z86E2304PSC表示4MHz、40引脚DIP封装、温度范围0°C至 +70°C、塑料标准环境的产品。用户可联系Zilog销售办公室获取所需部件。

Z86E23键盘微控制器以其丰富的功能、低功耗和灵活的编程模式，为电子工程师在键盘控制等应用中提供了一个强大而可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理配置和使用其各种功能，以实现最佳的性能和稳定性。你在使用类似微控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。