Z86C15：8位CMOS Z8 MCU鍵盤控制器的技術剖析

在電子設備的設計中，選擇合適的微控制器至關重要。今天我們要深入探討的是Zilog公司的Z86C15，一款8位CMOS Z8 MCU鍵盤控制器，它在性能、功能和應用方面都有獨特之處。

文件下載：Z86C1505FSCR2306.pdf

產品特性

基本參數

Z86C15具有236字節的RAM和32條I/O線，運行速度可達5MHz，工作電壓范圍為4.5V - 5.5V，工作溫度范圍是0°C - 70°C。其低功耗特性表現出色，在5MHz時典型功耗僅30mW。

架構優勢

它采用獨特的寄存器到寄存器架構，避免了累加器瓶頸，比RISC處理器具有更高的代碼效率。對于需要強大I/O能力的應用，它提供32個專用的輸入輸出引腳，這些引腳分為四個端口，每個端口有8條線，可通過軟件配置提供定時、狀態信號以及串行或并行I/O端口。

功能模塊

• 計數器/定時器：片上有兩個計數器/定時器，具有多種用戶可選模式，可減輕系統管理實時任務的負擔，如計數/定時和I/O數據通信。
• 中斷系統：六個不同的內部或外部中斷源可屏蔽和優先級排序，提供向量地址，實現高效的中斷子程序處理和多任務功能。
• 低EMI設計：通過對輸出驅動器和時鐘電路的多項修改，Z86C15實現了低電磁干擾（EMI）。
• 擴展寄存器文件：設計師可以訪問三個額外的系統控制寄存器，為額外的外圍設備、I/O端口和寄存器地址提供支持。

引腳識別

Z86C15提供40引腳DIP、44引腳PLCC和44引腳QFP三種封裝形式，每種封裝的引腳功能和配置都有詳細說明。例如，在40引腳DIP封裝中，VCC為電源輸入，CLKOUT為Z8系統時鐘輸出，RCIN為RC振蕩器時鐘輸入等。不同引腳的功能和方向明確，方便工程師進行電路設計和連接。

電氣特性

絕對最大額定值

Z86C15的電源電壓范圍為 -0.3V - +7.0V，存儲溫度范圍是 -65°C - +150°C，工作環境溫度范圍為0°C - +105°C。超過這些絕對最大額定值可能會對設備造成永久性損壞。

電容和頻率

在25°C、VCC = GND = 0V、f = 1.0MHz的條件下，輸入、輸出和I/O電容最大值均為12pF。其工作頻率范圍為4MHz - 5MHz，頻率公差為±10%，該公差僅適用于封裝后的設備。

直流特性

在Vcc = 5.0V ±10%、0°C - +70°C的條件下，對時鐘輸入、復位輸入、輸出電壓等參數都有明確的規定。例如，時鐘輸入高電壓范圍為0.7VCC - (VCC + 0.3)V，典型值為2.5V；輸出高電壓在IOH = -2.0mA時，范圍為(VCC - 0.4)V - VCC，典型值為3.1V等。

交流電氣特性

在0°C - +70°C、Vcc = 5MHz的條件下，對輸入時鐘周期、時鐘輸入上升和下降時間、定時器輸入低寬度等多個參數都有詳細的時間要求。例如，輸入時鐘周期為125 - 100000ns，時鐘輸入上升和下降時間最大為25ns等。

引腳功能

特殊引腳

• RCIN：與精密電阻和電源連接，構成精密RC振蕩器。
• CLKOUT：Z8 MCU的系統時鐘，運行頻率與RC振蕩器相同。

  端口功能

• Port 0：8位、半字節可編程、雙向、CMOS兼容的I/O端口，可配置為半字節輸入端口或半字節開漏輸出端口。
• Port 1：8位、字節可編程、雙向、CMOS兼容的I/O端口，可配置為字節輸入端口或開漏輸出端口。
• Port 2：8位、位可編程、雙向、CMOS兼容的I/O端口，可逐位獨立編程為輸入或輸出，也可配置為開漏輸出。
• Port 3：8位、CMOS兼容的I/O端口，有四個固定輸入和四個固定輸出，輸出具有10.4Kohm上拉電阻，可直接驅動多達四個LED。

  復位引腳

  RESET引腳為低電平有效，激活時初始化Z86C15，去激活后從內部程序位置000CH開始執行程序。該引腳有10.4Kohm（±35%）上拉電阻，拉低該引腳后，Z86C15需要150ms進行初始化。

功能描述

程序內存

16位程序計數器可尋址4KB的程序內存空間，前12字節保留用于中斷向量，對應六個可用中斷的16位向量。字節12到4095為片上掩膜編程ROM，地址4096及以上保留。

寄存器文件

由四個I/O端口寄存器、236個通用寄存器和15個控制與狀態寄存器組成，還包括擴展寄存器組中的兩個系統配置寄存器。指令可直接或間接通過8位地址字段訪問寄存器，允許使用4位寄存器地址。

計數器/定時器

有兩個8位可編程計數器/定時器（T0 - T1），每個由6位可編程預分頻器驅動。T1預分頻器可由內部或外部時鐘源驅動，T0預分頻器僅由內部時鐘驅動。6位預分頻器可將時鐘源輸入頻率除以1 - 64的任意整數，計數器可編程啟動、停止、重啟等。

中斷系統

Z86C15有六個不同的中斷源，可屏蔽和優先級排序。中斷請求由可編程優先級編碼器解決，所有中斷通過程序內存中的位置進行向量處理。

EMI設計

通過電路修改降低了EMI，移除了內部二分頻電路以進一步減少干擾。

RC振蕩器

提供內部電容以適應RC振蕩器配置，需要1%精度的電阻來實現10%準確的頻率振蕩，也可接受外部時鐘輸入。

看門狗定時器

硬件看門狗定時器在通電時自動激活，是可重觸發的單穩態定時器，達到終端計數時重置Z8。其可編程為4、9、18和75ms，必須在每個時間周期內至少刷新一次，否則Z86C15將自動重置。

上電復位（POR）

使用由板載專用RC振蕩器時鐘驅動的定時器電路實現上電復位功能，POR時間允許VCC和振蕩器電路在指令執行開始前穩定，標稱時間為150ms ±20%。

HALT和STOP模式

• HALT：關閉內部CPU時鐘，但不關閉RC振蕩器，計數器/定時器和外部中斷IRQ0 - IRQ3保持活動，可通過內部或外部中斷恢復。
• STOP：關閉內部時鐘和外部晶體振蕩，將待機電流降低到10μA或更低，只能通過復位（WDT超時、SMR恢復或外部復位）終止，處理器將從地址000C（HEX）重新啟動應用程序。

  停止模式恢復寄存器（SMR）

  位于擴展寄存器組的Bank F地址0BH，用于選擇時鐘分頻值和確定停止模式恢復的模式。

控制寄存器

文檔詳細介紹了多個控制寄存器，如定時器模式寄存器、計數器定時器寄存器、預分頻器寄存器、端口模式寄存器、中斷掩碼寄存器、標志寄存器等，每個寄存器都有特定的功能和位定義，工程師可以根據需要進行配置。

封裝信息

提供了40引腳DIP、44引腳PLCC和44引腳QFP三種封裝的尺寸信息，包括毫米和英寸兩種單位，方便工程師進行PCB設計。

訂購信息

根據不同的封裝、速度和溫度范圍，提供了相應的產品編號。例如，Z86C1505PSC表示5MHz、40引腳DIP封裝、0°C - +70°C、塑料標準的產品。

綜上所述，Z86C15是一款功能強大、性能穩定的8位CMOS Z8 MCU鍵盤控制器，適用于多種需要強大I/O能力和低功耗的應用場景。工程師在設計時可以根據具體需求，合理利用其各種特性和功能，實現高效、可靠的電子系統設計。你在實際應用中是否遇到過類似的微控制器？你對Z86C15的哪些特性最感興趣呢？