87C196KD 16位高性能CHMOS微控制器：汽車應用的理想之選

在汽車電子領域，高性能、高可靠性的微控制器至關重要。Intel的87C196KD 16位微控制器憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為汽車應用的理想選擇。本文將深入介紹87C196KD的特點、電氣特性和設計注意事項，幫助電子工程師更好地了解和應用這款微控制器。

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一、87C196KD概述

1.1 高性能特性

87C196KD是MCS系列的高性能成員，是增強型的8XC196KC設備。它采用Intel的CHMOS工藝，具有高性能和低功耗的特點。該微控制器具備32KB的片上EPROM、232字節的寄存器文件、768字節的額外RAM，以及寄存器到寄存器的架構，為數據處理提供了強大的支持。

1.2 豐富的外設資源

• 中斷系統：擁有28個中斷源和16個向量，能夠快速響應各種外部事件。
• 外設事務服務器（PTS）：提高了外設與CPU之間的數據傳輸效率。
• 定時器和計數器：包括16位定時器、3個脈寬調制（PWM）輸出和四個16位軟件定時器，可用于精確的時間控制和波形生成。
• 高速I/O子系統：提供四個高速捕獲輸入和六個高速輸出，可用于記錄事件發生的時間和生成脈沖或波形。
• 全雙工串行端口：支持數據的雙向傳輸，方便與其他設備進行通信。

1.3 工作模式

87C196KD支持掉電和空閑模式，可有效降低功耗。此外，它還具備動態可配置的8位或16位總線寬度，可根據實際需求進行靈活調整。

二、電氣特性

2.1 絕對最大額定值

• 環境溫度：-40°C至+125°C
• 存儲溫度：-65°C至+150°C
• 引腳電壓：除EA和VPP外，任何引腳相對于VSS的電壓范圍為-0.5V至+7.0V；EA和VPP相對于VSS的電壓范圍為-0.5V至+13.0V
• 功耗：0.43W

2.2 工作條件

• 環境溫度：-40°C至+125°C
• 數字電源電壓（VCC）：4.50V至5.50V
• 模擬電源電壓（VREF）：4.50V至5.50V
• 振蕩器頻率（FOSC）：4至16MHz

2.3 直流特性

包括輸入低電壓（VIL）、輸入高電壓（VIH）、輸出低電壓（VOL）、輸出高電壓（VOH）等參數，這些參數在指定的工作條件下有明確的取值范圍。

2.4 交流特性

在指定的測試條件下（電容負載為100pF，上升和下降時間為10ns，FOSC = 16MHz），對系統的各種時序參數進行了規定，如地址有效到READY建立時間、ALE低到READY建立時間等。

三、引腳描述

87C196KD采用68引腳的PLCC封裝，每個引腳都有特定的功能。以下是一些主要引腳的功能介紹：

• VCC：主電源電壓（5V）
• VSS：數字電路接地（0V），有三個VSS引腳，必須全部連接
• VREF：A/D轉換器的參考電壓（5V），也是A/D轉換器模擬部分和讀取端口0的邏輯電路的電源電壓
• ANGND：A/D轉換器的參考地，必須與VSS保持大致相同的電位
• VPP：從掉電電路返回的定時引腳，可連接一個1μF電容到VSS和一個1MΩ電阻到VCC；若不使用該功能，可將VPP連接到VCC
• XTAL1：振蕩器逆變器和內部時鐘發生器的輸入
• XTAL2：振蕩器逆變器的輸出
• CLKOUT：內部時鐘發生器的輸出，頻率與振蕩器頻率相同
• RESET：芯片的復位輸入
• BUSWIDTH：總線寬度選擇輸入，可選擇8位或16位總線周期
• NMI：正跳變會導致向量通過203EH
• INST：外部存儲器讀取期間輸出高電平，表示讀取的是指令提取
• EA：存儲器選擇輸入，決定對2000H至5FFFH地址的訪問是指向片上ROM/EPROM還是片外存儲器
• ALE/ADV：地址鎖存使能或地址有效輸出，用于從地址數據總線解復用地址
• RD：外部存儲器的讀取信號輸出
• WR/WRL：外部存儲器的寫和寫低輸出
• BHE/WRH：總線高使能或寫高輸出，用于選擇數據總線的高字節或低字節

四、A/D轉換器特性

4.1 10位模式

4.2 8位模式

8位模式以犧牲分辨率為代價換取更快的轉換時間。在進行8位轉換時，必須使用AD TIME寄存器。測試表明，在16MHz下，使用OA6H在AD TIME時，采樣時間為20個狀態，轉換時間為56個狀態，轉換時間為9.8ms。

五、設計考慮事項

5.1 與87C196KB的比較

• 內存映射：87C196KD有512字節的RAM SFRs和32K的ROM/EPROM，額外的256字節RAM位于100H - 1FFH，額外的24K EPROM位于4000H - 9FFFH，而這些位置在87C196KB上是外部存儲器。
• 引腳變化：87C196KB上的CDE引腳在87C196KC上變為VSS引腳，以支持16MHz操作。
• EPROM編程：87C196KD采用不同的編程算法來支持32K的片上內存。在進行運行時編程時，可參考80C196KC用戶指南第99頁的代碼。
• ONCE模式進入：在87C196KD上，通過在RESET上升沿將TXD引腳拉低進入ONCE模式。TXD引腳由一個1.4mA的上拉電阻保持高電平，且必須保持在2.0V，否則會進入ONCE模式。
• 總線HOLD狀態：在總線HOLD狀態下，87C196KD會將RD、WR、ALE、BHE和INST弱保持在非活動狀態，而87C196KB僅保持ALE在非活動狀態。
• RESET脈沖：87C196KD的RESET脈沖為16個狀態，而87C196KB為4個狀態，這為系統中的其他設備提供了更長的復位脈沖。

5.2 勘誤信息

• 中斷識別問題：在低電壓（<4.7V）、高頻率（16MHz）和高溫（>85°C）條件下，設備可能無法識別EXTINIT（P2.2和P0.7）和NMI的中斷，在CLKOUT下降沿附近約2ns的窗口內可能會錯過這些中斷。
• 串行端口問題：在模式0下，若選擇最高波特率（SP BAUD = 8001h），串行端口將無法正常工作，數據移入設備時無法正確讀取。

六、總結

87C196KD 16位微控制器以其高性能、豐富的外設資源和良好的電氣特性，為汽車電子應用提供了強大的支持。電子工程師在設計過程中，需要充分考慮其特點和設計注意事項，以確保系統的穩定性和可靠性。同時，對于勘誤信息中提到的問題，也需要在設計和測試過程中加以關注，避免出現潛在的故障。你在使用87C196KD微控制器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。