Z86C15：8位CMOS Z8 MCU键盘控制器的技术剖析

在电子设备的设计中，选择合适的微控制器至关重要。今天我们要深入探讨的是Zilog公司的Z86C15，一款8位CMOS Z8 MCU键盘控制器，它在性能、功能和应用方面都有独特之处。

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产品特性

基本参数

Z86C15具有236字节的RAM和32条I/O线，运行速度可达5MHz，工作电压范围为4.5V - 5.5V，工作温度范围是0°C - 70°C。其低功耗特性表现出色，在5MHz时典型功耗仅30mW。

架构优势

它采用独特的寄存器到寄存器架构，避免了累加器瓶颈，比RISC处理器具有更高的代码效率。对于需要强大I/O能力的应用，它提供32个专用的输入输出引脚，这些引脚分为四个端口，每个端口有8条线，可通过软件配置提供定时、状态信号以及串行或并行I/O端口。

功能模块

• 计数器/定时器：片上有两个计数器/定时器，具有多种用户可选模式，可减轻系统管理实时任务的负担，如计数/定时和I/O数据通信。
• 中断系统：六个不同的内部或外部中断源可屏蔽和优先级排序，提供向量地址，实现高效的中断子程序处理和多任务功能。
• 低EMI设计：通过对输出驱动器和时钟电路的多项修改，Z86C15实现了低电磁干扰（EMI）。
• 扩展寄存器文件：设计师可以访问三个额外的系统控制寄存器，为额外的外围设备、I/O端口和寄存器地址提供支持。

引脚识别

Z86C15提供40引脚DIP、44引脚PLCC和44引脚QFP三种封装形式，每种封装的引脚功能和配置都有详细说明。例如，在40引脚DIP封装中，VCC为电源输入，CLKOUT为Z8系统时钟输出，RCIN为RC振荡器时钟输入等。不同引脚的功能和方向明确，方便工程师进行电路设计和连接。

电气特性

绝对最大额定值

Z86C15的电源电压范围为 -0.3V - +7.0V，存储温度范围是 -65°C - +150°C，工作环境温度范围为0°C - +105°C。超过这些绝对最大额定值可能会对设备造成永久性损坏。

电容和频率

在25°C、VCC = GND = 0V、f = 1.0MHz的条件下，输入、输出和I/O电容最大值均为12pF。其工作频率范围为4MHz - 5MHz，频率公差为±10%，该公差仅适用于封装后的设备。

直流特性

在Vcc = 5.0V ±10%、0°C - +70°C的条件下，对时钟输入、复位输入、输出电压等参数都有明确的规定。例如，时钟输入高电压范围为0.7VCC - (VCC + 0.3)V，典型值为2.5V；输出高电压在IOH = -2.0mA时，范围为(VCC - 0.4)V - VCC，典型值为3.1V等。

交流电气特性

在0°C - +70°C、Vcc = 5MHz的条件下，对输入时钟周期、时钟输入上升和下降时间、定时器输入低宽度等多个参数都有详细的时间要求。例如，输入时钟周期为125 - 100000ns，时钟输入上升和下降时间最大为25ns等。

引脚功能

特殊引脚

• RCIN：与精密电阻和电源连接，构成精密RC振荡器。
• CLKOUT：Z8 MCU的系统时钟，运行频率与RC振荡器相同。

  端口功能

• Port 0：8位、半字节可编程、双向、CMOS兼容的I/O端口，可配置为半字节输入端口或半字节开漏输出端口。
• Port 1：8位、字节可编程、双向、CMOS兼容的I/O端口，可配置为字节输入端口或开漏输出端口。
• Port 2：8位、位可编程、双向、CMOS兼容的I/O端口，可逐位独立编程为输入或输出，也可配置为开漏输出。
• Port 3：8位、CMOS兼容的I/O端口，有四个固定输入和四个固定输出，输出具有10.4Kohm上拉电阻，可直接驱动多达四个LED。

  复位引脚

  RESET引脚为低电平有效，激活时初始化Z86C15，去激活后从内部程序位置000CH开始执行程序。该引脚有10.4Kohm（±35%）上拉电阻，拉低该引脚后，Z86C15需要150ms进行初始化。

功能描述

程序内存

16位程序计数器可寻址4KB的程序内存空间，前12字节保留用于中断向量，对应六个可用中断的16位向量。字节12到4095为片上掩膜编程ROM，地址4096及以上保留。

寄存器文件

由四个I/O端口寄存器、236个通用寄存器和15个控制与状态寄存器组成，还包括扩展寄存器组中的两个系统配置寄存器。指令可直接或间接通过8位地址字段访问寄存器，允许使用4位寄存器地址。

计数器/定时器

有两个8位可编程计数器/定时器（T0 - T1），每个由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输入频率除以1 - 64的任意整数，计数器可编程启动、停止、重启等。

中断系统

Z86C15有六个不同的中断源，可屏蔽和优先级排序。中断请求由可编程优先级编码器解决，所有中断通过程序内存中的位置进行向量处理。

EMI设计

通过电路修改降低了EMI，移除了内部二分频电路以进一步减少干扰。

RC振荡器

提供内部电容以适应RC振荡器配置，需要1%精度的电阻来实现10%准确的频率振荡，也可接受外部时钟输入。

看门狗定时器

硬件看门狗定时器在通电时自动激活，是可重触发的单稳态定时器，达到终端计数时重置Z8。其可编程为4、9、18和75ms，必须在每个时间周期内至少刷新一次，否则Z86C15将自动重置。

上电复位（POR）

使用由板载专用RC振荡器时钟驱动的定时器电路实现上电复位功能，POR时间允许VCC和振荡器电路在指令执行开始前稳定，标称时间为150ms ±20%。

HALT和STOP模式

• HALT：关闭内部CPU时钟，但不关闭RC振荡器，计数器/定时器和外部中断IRQ0 - IRQ3保持活动，可通过内部或外部中断恢复。
• STOP：关闭内部时钟和外部晶体振荡，将待机电流降低到10μA或更低，只能通过复位（WDT超时、SMR恢复或外部复位）终止，处理器将从地址000C（HEX）重新启动应用程序。

  停止模式恢复寄存器（SMR）

  位于扩展寄存器组的Bank F地址0BH，用于选择时钟分频值和确定停止模式恢复的模式。

控制寄存器

文档详细介绍了多个控制寄存器，如定时器模式寄存器、计数器定时器寄存器、预分频器寄存器、端口模式寄存器、中断掩码寄存器、标志寄存器等，每个寄存器都有特定的功能和位定义，工程师可以根据需要进行配置。

封装信息

提供了40引脚DIP、44引脚PLCC和44引脚QFP三种封装的尺寸信息，包括毫米和英寸两种单位，方便工程师进行PCB设计。

订购信息

根据不同的封装、速度和温度范围，提供了相应的产品编号。例如，Z86C1505PSC表示5MHz、40引脚DIP封装、0°C - +70°C、塑料标准的产品。

综上所述，Z86C15是一款功能强大、性能稳定的8位CMOS Z8 MCU键盘控制器，适用于多种需要强大I/O能力和低功耗的应用场景。工程师在设计时可以根据具体需求，合理利用其各种特性和功能，实现高效、可靠的电子系统设计。你在实际应用中是否遇到过类似的微控制器？你对Z86C15的哪些特性最感兴趣呢？