深入解析Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低電壓帶ADC微控制器

在嵌入式控制應用領域，微控制器扮演著至關重要的角色。今天，我們將深入探討ZiLOG公司的Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低電壓帶ADC微控制器，了解其架構、特性、功能及應用。

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一、架構概述

Z86D99是一款低電壓通用一次性可編程（OTP）Z8?微控制器，集成了四通道8位sigma delta模數轉換器；Z86L99則是其只讀存儲器（ROM）版本。該系列產品適用于多種嵌入式控制應用，如電池充電器、家用電器、紅外（IR）遙控器、安全系統和無線鍵盤等。

1.1 核心特性

• 靈活的寄存器架構：Z8微控制器核心具有獨特的寄存器到寄存器架構，256個通用寄存器均可作為累加器使用，避免了累加器瓶頸，提高了代碼效率。這些寄存器還可作為地址指針、索引寄存器或用于實現片上堆棧。
• 高效的指令集：由43條基本指令組成的Z8指令集，針對高代碼密度和減少執行時間進行了優化，與ZiLOG Z80指令集形式相似，支持位、4位半字節、二進制編碼十進制（BCD）數字、8位字節和16位字的操作。
• 豐富的外設：擁有三個計數器/定時器、兩個獨立的模擬比較器、受控電流輸出、489字節的RAM（其中256字節映射到程序內存空間）以及低電池檢測標志等。

1.2 產品特性對比

二、功能模塊詳解

2.1 中央處理單元（CPU）

• 寄存器架構：Z8的寄存器導向架構圍繞由256個連續字節組成的內部寄存器文件，包括4個I/O端口寄存器、12個控制和狀態寄存器、233個通用寄存器以及7個預留寄存器。此外，Z86D99/Z86L99系列還使用了位于Z8擴展寄存器文件中的21個控制和狀態寄存器。
• 控制寄存器：包括寄存器指針（RP）、堆棧指針（SP）、程序控制標志（FLAGS）、中斷控制（IPR、IMR和IRQ）、停止模式恢復（SMR、P2SMR和P5SMR）以及低電池檢測（LB）標志等。

2.2 內存（ROM/OTP和RAM）

• 地址空間：提供四種基本地址空間，包括程序內存（片上）、標準寄存器文件、擴展寄存器文件和可執行RAM。
• 程序內存結構：前12字節的程序內存用于中斷向量，地址12（0Ch）到32,767（7FFFh）為片上一次性可編程內存。Z86L99X只有4K/8K/16K ROM大小。此外，該系列產品還擁有256字節的片上可執行RAM，映射到程序內存地址空間的FF00h - FFFFh。

2.3 時鐘電路

• 時鐘源：Z8的時鐘由連接到XTAL1和XTAL2引腳的片上時鐘電路提供，可由晶體、陶瓷諧振器、LC時鐘、RC或外部時鐘源驅動。
• 時鐘控制：通過SMR寄存器的編程寄存器位實現對內部系統時鐘的軟件控制，可選擇時鐘分頻值和停止模式恢復模式。

2.4 中斷系統

• 中斷類型：Z86D99/Z86L99系列允許最多六種不同的中斷，包括三個外部中斷和三個內部中斷，來自九個可能的源。
• 中斷控制：通過中斷屏蔽寄存器（IMR）和中斷優先級寄存器（IPR）對中斷進行屏蔽和優先級設置。中斷請求存儲在中斷請求寄存器（IRQ）中，可用于輪詢。

2.5 I/O端口

• 端口配置：該系列產品在40引腳配置中最多有32條輸入和輸出線，分為四個8位端口（Port 2、Port 4、Port 5和Port 6）。所有端口均為位可編程，可設置為輸入或輸出。
• 特殊功能：部分端口具有特殊功能，如模擬比較器輸入、ADC通道、外部中斷等。

2.6 外設

• 模擬比較器：包含兩個獨立的片上通用模擬比較器，可用于生成中斷IRQ0和IRQ2，在停止模式下關閉。
• 模數轉換器（ADC）：采用sigma delta架構，由調制器和數字濾波器組成，可選擇四個模擬輸入通道。
• 有源毛刺濾波器：可用于改善設備在嘈雜環境中電源的質量，通過三個獨立的電源總線（ (V_{DDpadding}) 、 (V{DDCORE}) 和 (AV{DD}) ）實現。
• 受控電流輸出：P43是一個開漏輸出引腳，可作為受控電流源，輸出電流由P43的值控制。
• 定時器：提供一個通用8位計數器/定時器 (T{1}) 和可編程8位計數器/定時器 (T{8}) 以及16位計數器/定時器 (T_{16}) ，可用于生成和接收復雜的脈沖或信號。

三、電氣特性

3.1 絕對最大額定值

• 電源電壓（ (V_{MAX}) ）：-0.3V至+7.0V
• 存儲溫度（ (T_{STG}) ）：-65°C至+150°C
• 工作環境溫度（ (T_{A}) ）：具體見訂購信息
• 最小RAM電壓（ (V_{RAM}) ）：1.0V（估計值，未測試）

3.2 DC特性

不同型號的Z86D99X（OTP）和Z86L99X（ROM）在電源電壓、輸入輸出電壓、電流等方面有不同的特性，例如Z86D99X的電源電壓范圍為3.0 - 5.5V，而Z86L99X為2.3 - 5.5V。

3.3 模數轉換器特性

• 分辨率：8位
• 積分非線性：0.5 - 1 LSB
• 差分非線性：0.5 - 1 LSB
• 零誤差：在25°C時最大為7.8mV

3.4 AC特性

包括輸入時鐘周期、時鐘輸入上升和下降時間、定時器輸入低和高寬度等參數。

四、封裝與訂購信息

4.1 封裝

提供48引腳SSOP、40引腳PDIP、28引腳PDIP和28引腳SOIC等多種封裝形式。

4.2 訂購信息

涵蓋了不同型號的產品、仿真器、適配器和評估板的訂購編號，可通過當地ZiLOG銷售辦公室獲取幫助，最新信息可在ZiLOG網站查詢。

五、設計考慮

在設計使用Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM微控制器的電路時，需要注意以下幾點：

• 時鐘電路設計：采用Pierce振蕩器，要求放大器具有高增益以補償反饋路徑損耗。連接晶體、電容器和Z8振蕩器引腳的走線應盡可能短而寬，以減少寄生電感和電阻。
• 噪聲抑制：振蕩器引腳和接地側的引線電容器應與其他走線（時鐘、 (V_{CC}) 和系統接地）隔離，以減少串擾和噪聲注入。

Z86D990/Z86D991 OTP和Z86L99X ROM低電壓帶ADC微控制器具有豐富的特性和功能，適用于多種嵌入式控制應用。在設計過程中，我們需要充分了解其架構和電氣特性，合理選擇封裝和配置參數，以確保系統的穩定性和性能。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。