深度解析Z90255 ROM與Z90251 OTP電視控制器：功能、特性與應用

在電視控制領域，Z90255 ROM和Z90251 OTP這兩款32 KB電視控制器憑借其豐富的功能和出色的性能，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討這兩款控制器的詳細特性和應用。

文件下載：Z9025106PSC.pdf

產品概述

Z90255和Z90251分別是帶有屏幕顯示（OSD）功能的電視控制器的ROM和OTP版本，它們擁有32 KB的程序內存。Z90251是一次性可編程（OTP）控制器，主要用于開發特定電視應用的代碼或原型，以及進行初始限量生產，其程序ROM和字符生成ROM（CGROM）均可編程。而Z90255則將客戶使用Z90251開發的ROM代碼集成其中，客戶代碼會被掩膜到程序ROM和CGROM中。

這兩款控制器專為電視接收器和錄像機的音頻和視頻控制而設計，具備先進的OSD功能。它們充分利用Zilog的Z8擴展寄存器文件空間，提供了三個基本尋址空間：程序內存、視頻RAM（VRAM）和寄存器文件。寄存器文件由300字節的通用寄存器、16個控制和狀態寄存器、一個I/O端口寄存器以及三個保留寄存器組成。

引腳分配與描述

引腳分配

Z90255和Z90251的引腳分配明確，各個引腳承擔著不同的功能，具體可參考相關表格。其中，PWM 6可以是6位或14位PWM輸出，所有帶橫杠的信號均為低電平有效。

單用途引腳

單用途引腳包括AGND（模擬接地）、B（藍色視頻信號輸出）、G（綠色視頻信號輸出）等，每個引腳都有其特定的功能和作用。例如，OSDX1和OSDX2是用于屏幕顯示的點時鐘振蕩器輸入和輸出引腳，它們與電感和兩個電容器相連，以生成字符點時鐘，點時鐘頻率決定字符像素寬度，并與HSYNC相位同步。

復用引腳

復用引腳具有多種功能，如P20/HLFTN既可以是端口2的第0位，也可以是半色調輸出；P24/SCLK0既可以是端口2的第4位，也可以是I2C時鐘。這些復用引腳的設計增加了控制器的靈活性。

內存描述

標準寄存器文件

Z90255的標準寄存器文件由兩個I/O端口寄存器（02h和03h）、236個通用寄存器（04h - EFh）和15個（F1h - FFh）控制和狀態寄存器組成。寄存器00h、01h和F0h為保留寄存器。指令可以直接或間接訪問寄存器，還支持使用寄存器指針進行4位尋址。

擴展寄存器文件

擴展寄存器文件提供了額外的系統控制寄存器、通用寄存器，以及對寄存器地址區域中外圍設備和I/O端口的擴展映射。通過寄存器指針（FDh）的低半字節可以選擇擴展寄存器文件（ERF）庫，不同的庫對應不同的功能。

程序內存

Z90255擁有32 KB的程序內存，前12個字節用于中斷向量，包含六個16位向量，對應中斷和程序控制例程的地址。程序內存從地址000Ch開始，在復位后開始執行。

看門狗定時器（WDT）

看門狗定時器（WDT）由內部RC振蕩器驅動，其準確性取決于RC組件的容差。WDTMR寄存器在通電復位、看門狗復位或停止模式恢復后的前60個處理器周期內可訪問，之后無法修改。WDT在復位后永久啟用，為確保其正確設置，應在程序開始時執行“DI”和“WDT”指令，并在規定的超時時間內不斷刷新WDT。

停止模式和暫停模式操作

掉電暫停模式

暫停模式會暫停指令執行并關閉內部CPU時鐘，但片上振蕩器電路保持活躍，內部時鐘繼續運行并應用于計數器/定時器和中斷邏輯。進入暫停模式前，需先執行NOP指令清空指令流水線，然后執行暫停指令。退出暫停模式可以通過中斷、POR/復位激活或看門狗定時器超時實現。

停止模式

停止模式提供最低的設備待機電流，它會關閉片上振蕩器和內部系統時鐘。進入停止模式前同樣需要執行NOP指令清空指令流水線，然后執行停止指令。退出停止模式可以通過上電復位激活、WDT超時或停止模式恢復源實現。

停止模式恢復寄存器

停止模式恢復寄存器用于選擇時鐘分頻值并確定停止模式恢復的方式。所有位均為只寫，除了第7位為只讀。該寄存器的不同位控制著停止模式恢復的各種參數，如恢復源、恢復電平、復位延遲等。

屏幕顯示（OSD）

OSD定位

OSD定位通過編程OSD控制寄存器、垂直位置寄存器和水平位置寄存器來實現。OSD控制寄存器可以設置OSD的啟用/禁用、VRAM模式、同步極性、字符大小和垂直回掃消隱等參數；垂直位置寄存器和水平位置寄存器分別控制OSD在屏幕上的垂直和水平位置。

第二顏色特性

第二顏色特性可以將每列邏輯劃分為兩部分，用于改變前景色。通過設置第二顏色控制寄存器和第二顏色寄存器，可以實現音量控制、調諧等模擬條的顯示。

網格和半色調效果

網格是一種網格狀區域，包含OSD和透明區域的交替像素顯示，半色調效果是一個比電視信號正常畫面稍暗的透明區域。它們都可以作為菜單、操作欄和其他屏幕顯示的背景。通過相關寄存器可以控制網格的寬度、水平位置、行延遲、前景字符顯示等參數。

OSD淡入淡出

淡入淡出是指OSD的逐漸消失，通過FADE_POS1、FADE_POS2和ROW_SPACE寄存器可以控制淡入淡出的邊界行、掃描線和方向。

行間距

行間距可以在0到15個水平掃描線之間編程，設置為0時為連續行顯示。通過ROW_SPACE寄存器可以控制淡入淡出的啟用/禁用、方向、半色調效果延遲和行間距。

字符生成

Z90255支持14像素（水平）×18像素（垂直）的字符顯示，字符在字符生成只讀存儲器（CGROM）中逐像素映射。通過組合多個字符可以形成大圖標。

字符大小和平滑效果

Z90255支持四種字符大小：1X、2X、雙倍寬度和雙倍高度。平滑效果可以應用于2X和雙倍寬度字符，通過DISP_ATTR寄存器可以啟用或禁用平滑效果。

邊緣效果

邊緣效果是指用與前景色和背景色不同的顏色圍繞字符，通過DISP_ATTR寄存器可以啟用或禁用邊緣效果，通過INT_ST寄存器可以設置邊緣顏色。

顯示屬性控制

顯示屬性控制決定整個屏幕的顯示特性，包括字符顯示的啟用/禁用、主背景的啟用/禁用、邊緣效果的啟用/禁用、平滑效果的啟用/禁用、RGB極性和主背景顏色等。

視頻刷新RAM訪問

Z90255支持12位字符數據，其中9位包含字符代碼，3位包含調色板信息。通過顏色索引寄存器和調色板選擇位，可以實現對字符顏色的控制。

I2C主接口

Z90255的I2C主接口支持四種不同的傳輸速度，通過I2C控制寄存器進行配置。為避免DATA和SCLK線上的問題，在I2C總線接口的所有輸入上都實現了時間常數等于3Tsclk的數字濾波器。I2C模塊通過設置I2C_CNTL寄存器的第2位來啟用，啟用前需要將相關引腳配置為輸出，并將端口2配置為標準驅動模式。

輸入/輸出端口

Z90255共有20個輸入/輸出（I/O）端口，此外，七個脈沖寬度調制器（PWM）可以配置為常規輸出端口，最多可提供27個I/O端口。通過端口配置寄存器、端口模式寄存器、端口數據寄存器和端口方向控制寄存器，可以對端口進行配置和控制。

紅外接口

Z90255支持紅外（IR）遙控接口，通過兩個紅外捕獲寄存器（IR_CP0和IR_CP1）可以接收兩個字節的數據。當發生IR中斷時，根據TCR0寄存器的第0位設置，紅外捕獲寄存器可以記錄從上次IR中斷或上次溢出以來的時間。

脈沖寬度調制器

Z90255擁有11個脈沖寬度調制器通道，其中PWM1 - PWM10具有6位分辨率，通常用于音頻和視頻電平控制；PWM11具有14位分辨率，通常用于電壓合成調諧。PWM6可以配置為6位或14位。通過PWM模式寄存器可以控制復用引腳的功能，使其作為PWM輸出端口或常規輸出端口。

模數轉換器

Z90255配備了一個4位閃存模數轉換器（ADC），可以配置為3位或4位。有四個復用模擬輸入通道，通過3位ADC數據寄存器和4位ADC數據寄存器可以選擇輸入通道和設置ADC速度。

電氣特性

絕對最大額定值

應力超過操作限制中列出的水平可能會對設備造成永久性損壞，這些限制僅代表應力極限，而非最佳操作水平。

DC特性

包括電源電壓、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸入泄漏電流、供應電流等參數，這些參數決定了設備在直流情況下的性能。

AC特性

包括輸入時鐘周期、時鐘輸入上升和下降時間、輸入時鐘寬度、Hsync輸入低寬度、Hsync輸入高寬度等參數，這些參數影響設備在交流情況下的性能。

時序圖

時序圖展示了外部輸入的時序要求，確保設備在正確的時間點進行操作。

封裝與訂購信息

Z90255采用42引腳收縮雙列直插式封裝（SDIP），提供了詳細的封裝尺寸信息。同時，文檔還提供了訂購信息和ROM代碼提交說明，方便用戶進行產品訂購和代碼提交。

通過對Z90255 ROM和Z90251 OTP電視控制器的詳細分析，我們可以看到它們在電視控制領域的強大功能和廣泛應用。無論是對于電視制造商還是電子工程師來說，深入了解這些控制器的特性和應用，都有助于開發出更加優秀的電視產品。你在使用這些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。