Z86K15 鍵盤控制器：特性、功能與應用解析

在電子設備的設計中，鍵盤控制器扮演著至關重要的角色。今天，我們就來深入了解一下 ZiLOG 公司的 Z86K15 鍵盤控制器，探討它的特性、功能以及在實際應用中的表現。

文件下載：Z86K1505PSCR4545.pdf

一、架構概述

1.1 獨特架構優勢

Z86K15 是 Z8? MCU 家族的一員，擁有獨特的寄存器到寄存器架構，避免了累加器瓶頸，相比 RISC 處理器，具有更高的代碼效率。對于對 I/O 能力有較高要求的鍵盤應用，它提供了 32 個專用的輸入輸出引腳，可用于行、列、時鐘、數據和 LED 控制。

1.2 關鍵特性一覽

1.3 功能框圖

其功能框圖展示了各個模塊的布局，包括輸出輸入、RC 振蕩器、ALU、計數器/定時器、中斷控制等部分，清晰地呈現了控制器的工作原理。

二、引腳描述

2.1 40 - Pin DIP 配置

2.2 44 - Pin PLCC 配置

三、電氣特性

3.1 絕對最大額定值

注：*所有引腳相對于 GND 的電壓。

3.2 標準測試條件

電氣特性的測試是在標準測試條件下進行的，所有電壓均參考 GND，正電流流入參考引腳。

3.3 電容特性

在 (T{A}=25^{circ} C) ，(V{CC}=GND=0 ~V) ，(f = 1.0 MHz) ，未測量引腳返回 GND 的條件下，輸入電容、輸出電容和 I/O 電容的最大值均為 12 pF。

3.4 DC 特性

3.5 AC 電氣特性

四、引腳功能

4.1 Port 0 和 Port 1

Port 0 和 Port 1 均為 8 位、CMOS 兼容的高阻抗上拉/低阻抗下拉輸出端口，可用于輸出控制信號。

4.2 Port 2

Port 2 是 8 位 CMOS 兼容端口，具有 4 位輸入和 4 位可編程 I/O。P20 - P25 具有 10.4 - KΩ（±35%）上拉電阻，P26 - P27 具有 2.4 - KΩ（±25%）上拉電阻。為滿足鍵盤應用要求，P24 - P27 為開漏輸出。

4.3 Port 3

Port 3 是 8 位、CMOS 兼容的 4 固定輸入（P33 - P30）和 4 固定輸出（P37 - P34）I/O 端口。輸入具有 10.4 - KΩ 上拉電阻，輸出能夠直接驅動 LED。同時，Port 3 可在軟件控制下提供 4 個外部中斷請求信號（IRQ0 - IRQ3）。

五、功能描述

5.1 程序內存

12 位程序計數器可尋址 4 KB 的內部程序內存空間。前 12 字節為中斷向量保留，對應 5 個可用中斷的 6 個 16 位向量。字節 12 到 4095 為片上掩膜編程 ROM，地址 4096 及以上為保留地址。

5.2 寄存器文件

寄存器文件由 4 個 I/O 端口寄存器、188 個通用寄存器和 11 個控制和狀態寄存器組成。指令可通過 8 位地址字段直接或間接訪問寄存器，使用寄存器指針可實現 4 位寄存器尋址。

5.3 計數器/定時器

有一個 8 位可編程計數器/定時器（T0），由 6 位可編程預分頻器驅動。預分頻器可將時鐘輸入頻率除以 1 到 64 之間的任意整數。當計數器和預分頻器達到計數結束時，會產生定時器中斷請求（IRQ4）。計數器可進行多種編程操作，如啟動、停止、重啟等，還可設置為單次通過模式或模 N 連續模式。

5.4 中斷

Z86K15 具有 5 個不同的中斷源，這些中斷可屏蔽且具有優先級。中斷源包括 Port 3 的 4 條線路（P33 - P30）和計數器/定時器。中斷屏蔽寄存器可全局或單獨啟用或禁用 5 個中斷請求。當多個中斷掛起時，可編程優先級編碼器會根據中斷優先級寄存器解決優先級問題。

5.5 RC 振蕩器

Z86K15 提供內部電容以實現 RC 振蕩器配置，需要一個 1% 精度的電阻來實現 ±10% 準確的頻率振蕩。對于標稱 4 - MHz 信號，可使用 7.68 KΩ 電阻。同時，它也可接受來自 ((RC_{IN})) 的外部時鐘。

5.6 看門狗定時器

看門狗定時器（WDT）在電源開啟且在掩碼選項中啟用時會自動激活。它是一個可重觸發的單觸發定時器，如果 Z8 達到終端計數，會重置 Z8。WDT 由系統時鐘驅動，必須在每個 WDT 周期內至少刷新一次。WDT 超時時間為 294,912 ÷ f。

5.7 上電復位（POR）

上電復位由系統振蕩器觸發的定時器電路實現，用于在指令執行開始前使 VCC 和振蕩器電路穩定。POR 周期為 (frac{589,824}{f}) ，標稱時間為 50 到 200 ms，在停止模式恢復（SMR）期間會繞過 POR 定時器。

5.8 HALT 和 STOP 模式

HALT 模式會關閉內部 CPU 時鐘，但 RC 振蕩器仍工作，計數器/定時器和外部中斷 IRQ0、IRQ1、IRQ2、IRQ3 保持活躍，可通過內部或外部中斷恢復。STOP 模式會關閉內部時鐘和振蕩器，將待機電流降低到小于 60 μA，通過啟用的外部中斷終止，處理器會在地址 000Ch 或活動外部中斷向量處重新啟動應用程序。

六、控制寄存器

控制寄存器包括定時器模式寄存器、計數器/定時器 0 寄存器、預分頻器 0 寄存器、端口 2 模式寄存器、端口 2 開漏模式寄存器、中斷優先級寄存器、中斷請求寄存器、中斷屏蔽寄存器、標志寄存器、寄存器指針和堆棧指針等。這些寄存器的位定義用于控制和配置 Z86K15 的各種功能。

七、封裝信息

Z86K15 有 40 - Pin DIP 和 44 - Pin PLCC 兩種封裝形式，文檔中提供了詳細的封裝尺寸圖，方便工程師進行設計和布局。

八、訂購信息

8.1 訂購選項

提供了兩種訂購選項，分別是 40 - Pin DIP 封裝、5 MHz、標準溫度的 Z86K1505PSC 和 44 - Pin PLCC 封裝、5 MHz、標準溫度的 Z86K1505VSC。

8.2 部件編號描述

ZiLOG 部件編號由多個組件組成，如 Z 為 ZiLOG 前綴，86K15 為產品編號，05 表示速度，P 表示封裝，S 表示溫度，C 表示環境流。例如，Z86K1