87C196KD 16位高性能CHMOS微控制器：汽車應(yīng)用的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，高性能、高可靠性的微控制器至關(guān)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(yīng)用的理想選擇。本文將深入介紹87C196KD的特點(diǎn)、電氣特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)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(qiáng)型的8XC196KC設(shè)備。它采用Intel的CHMOS工藝，具有高性能和低功耗的特點(diǎn)。該微控制器具備32KB的片上EPROM、232字節(jié)的寄存器文件、768字節(jié)的額外RAM，以及寄存器到寄存器的架構(gòu)，為數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)大的支持。

1.2 豐富的外設(shè)資源

• 中斷系統(tǒng)：擁有28個(gè)中斷源和16個(gè)向量，能夠快速響應(yīng)各種外部事件。
• 外設(shè)事務(wù)服務(wù)器（PTS）：提高了外設(shè)與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸效率。
• 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器：包括16位定時(shí)器、3個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）輸出和四個(gè)16位軟件定時(shí)器，可用于精確的時(shí)間控制和波形生成。
• 高速I/O子系統(tǒng)：提供四個(gè)高速捕獲輸入和六個(gè)高速輸出，可用于記錄事件發(fā)生的時(shí)間和生成脈沖或波形。
• 全雙工串行端口：支持?jǐn)?shù)據(jù)的雙向傳輸，方便與其他設(shè)備進(jìn)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(dòng)態(tài)可配置的8位或16位總線寬度，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整。

二、電氣特性

2.1 絕對(duì)最大額定值

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

2.2 工作條件

• 環(huán)境溫度：-40°C至+125°C
• 數(shù)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(shù)，這些參數(shù)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(cè)試條件下（電容負(fù)載為100pF，上升和下降時(shí)間為10ns，F(xiàn)OSC = 16MHz），對(duì)系統(tǒng)的各種時(shí)序參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，如地址有效到READY建立時(shí)間、ALE低到READY建立時(shí)間等。

三、引腳描述

87C196KD采用68引腳的PLCC封裝，每個(gè)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(shù)字電路接地（0V），有三個(gè)VSS引腳，必須全部連接
• VREF：A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓（5V），也是A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)引腳，可連接一個(gè)1μF電容到VSS和一個(gè)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(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入
• XTAL2：振蕩器逆變器的輸出
• CLKOUT：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出，頻率與振蕩器頻率相同
• RESET：芯片的復(fù)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(huì)導(dǎo)致向量通過203EH
• INST：外部存儲(chǔ)器讀取期間輸出高電平，表示讀取的是指令提取
• EA：存儲(chǔ)器選擇輸入，決定對(duì)2000H至5FFFH地址的訪問是指向片上ROM/EPROM還是片外存儲(chǔ)器
• ALE/ADV：地址鎖存使能或地址有效輸出，用于從地址數(shù)據(jù)總線解復(fù)用地址
• RD：外部存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)輸出
• WR/WRL：外部存儲(chǔ)器的寫和寫低輸出
• BHE/WRH：總線高使能或?qū)懜咻敵觯糜谶x擇數(shù)據(jù)總線的高字節(jié)或低字節(jié)

四、A/D轉(zhuǎn)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(jià)換取更快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換時(shí)，必須使用AD TIME寄存器。測(cè)試表明，在16MHz下，使用OA6H在AD TIME時(shí)，采樣時(shí)間為20個(gè)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為56個(gè)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為9.8ms。

五、設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)

5.1 與87C196KB的比較

• 內(nèi)存映射：87C196KD有512字節(jié)的RAM SFRs和32K的ROM/EPROM，額外的256字節(jié)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(chǔ)器。
• 引腳變化：87C196KB上的CDE引腳在87C196KC上變?yōu)閂SS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(nèi)存。在進(jìn)行運(yùn)行時(shí)編程時(shí)，可參考80C196KC用戶指南第99頁的代碼。
• ONCE模式進(jìn)入：在87C196KD上，通過在RESET上升沿將TXD引腳拉低進(jìn)入ONCE模式。TXD引腳由一個(gè)1.4mA的上拉電阻保持高電平，且必須保持在2.0V，否則會(huì)進(jìn)入ONCE模式。
• 總線HOLD狀態(tài)：在總線HOLD狀態(tài)下，87C196KD會(huì)將RD、WR、ALE、BHE和INST弱保持在非活動(dòng)狀態(tài)，而87C196KB僅保持ALE在非活動(dòng)狀態(tài)。
• RESET脈沖：87C196KD的RESET脈沖為16個(gè)狀態(tài)，而87C196KB為4個(gè)狀態(tài)，這為系統(tǒng)中的其他設(shè)備提供了更長(zhǎng)的復(fù)位脈沖。

5.2 勘誤信息

• 中斷識(shí)別問題：在低電壓（<4.7V）、高頻率（16MHz）和高溫（>85°C）條件下，設(shè)備可能無法識(shí)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(nèi)可能會(huì)錯(cuò)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(shù)據(jù)移入設(shè)備時(shí)無法正確讀取。

六、總結(jié)

87C196KD 16位微控制器以其高性能、豐富的外設(shè)資源和良好的電氣特性，為汽車電子應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮其特點(diǎn)和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，對(duì)于勘誤信息中提到的問題，也需要在設(shè)計(jì)和測(cè)試過程中加以關(guān)注，避免出現(xiàn)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(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。