Z86K15 鍵盤(pán)控制器：特性、功能與應(yīng)用解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，鍵盤(pán)控制器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來(lái)深入了解一下 ZiLOG 公司的 Z86K15 鍵盤(pán)控制器，探討它的特性、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

文件下載：Z86K1505PSCR4545.pdf

一、架構(gòu)概述

1.1 獨(dú)特架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

Z86K15 是 Z8? MCU 家族的一員，擁有獨(dú)特的寄存器到寄存器架構(gòu)，避免了累加器瓶頸，相比 RISC 處理器，具有更高的代碼效率。對(duì)于對(duì) I/O 能力有較高要求的鍵盤(pán)應(yīng)用，它提供了 32 個(gè)專用的輸入輸出引腳，可用于行、列、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和 LED 控制。

1.2 關(guān)鍵特性一覽

1.3 功能框圖

其功能框圖展示了各個(gè)模塊的布局，包括輸出輸入、RC 振蕩器、ALU、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、中斷控制等部分，清晰地呈現(xiàn)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(duì)最大額定值

注：*所有引腳相對(duì)于 GND 的電壓。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件

電氣特性的測(cè)試是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行的，所有電壓均參考 GND，正電流流入?yún)⒖家_。

3.3 電容特性

在 (T{A}=25^{circ} C) ，(V{CC}=GND=0 ~V) ，(f = 1.0 MHz) ，未測(cè)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(hào)。

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(pán)應(yīng)用要求，P24 - P27 為開(kāi)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(qū)動(dòng) LED。同時(shí)，Port 3 可在軟件控制下提供 4 個(gè)外部中斷請(qǐng)求信號(hào)（IRQ0 - IRQ3）。

五、功能描述

5.1 程序內(nèi)存

12 位程序計(jì)數(shù)器可尋址 4 KB 的內(nèi)部程序內(nèi)存空間。前 12 字節(jié)為中斷向量保留，對(duì)應(yīng) 5 個(gè)可用中斷的 6 個(gè) 16 位向量。字節(jié) 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(gè) I/O 端口寄存器、188 個(gè)通用寄存器和 11 個(gè)控制和狀態(tài)寄存器組成。指令可通過(guò) 8 位地址字段直接或間接訪問(wèn)寄存器，使用寄存器指針可實(shí)現(xiàn) 4 位寄存器尋址。

5.3 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

有一個(gè) 8 位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器（T0），由 6 位可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)。預(yù)分頻器可將時(shí)鐘輸入頻率除以 1 到 64 之間的任意整數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器和預(yù)分頻器達(dá)到計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生定時(shí)器中斷請(qǐng)求（IRQ4）。計(jì)數(shù)器可進(jìn)行多種編程操作，如啟動(dòng)、停止、重啟等，還可設(shè)置為單次通過(guò)模式或模 N 連續(xù)模式。

5.4 中斷

Z86K15 具有 5 個(gè)不同的中斷源，這些中斷可屏蔽且具有優(yōu)先級(jí)。中斷源包括 Port 3 的 4 條線路（P33 - P30）和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。中斷屏蔽寄存器可全局或單獨(dú)啟用或禁用 5 個(gè)中斷請(qǐng)求。當(dāng)多個(gè)中斷掛起時(shí)，可編程優(yōu)先級(jí)編碼器會(huì)根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器解決優(yōu)先級(jí)問(wèn)題。

5.5 RC 振蕩器

Z86K15 提供內(nèi)部電容以實(shí)現(xiàn) RC 振蕩器配置，需要一個(gè) 1% 精度的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn) ±10% 準(zhǔn)確的頻率振蕩。對(duì)于標(biāo)稱 4 - MHz 信號(hào)，可使用 7.68 KΩ 電阻。同時(shí)，它也可接受來(lái)自 ((RC_{IN})) 的外部時(shí)鐘。

5.6 看門(mén)狗定時(shí)器

看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）在電源開(kāi)啟且在掩碼選項(xiàng)中啟用時(shí)會(huì)自動(dòng)激活。它是一個(gè)可重觸發(fā)的單觸發(fā)定時(shí)器，如果 Z8 達(dá)到終端計(jì)數(shù)，會(huì)重置 Z8。WDT 由系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，必須在每個(gè) WDT 周期內(nèi)至少刷新一次。WDT 超時(shí)時(shí)間為 294,912 ÷ f。

5.7 上電復(fù)位（POR）

上電復(fù)位由系統(tǒng)振蕩器觸發(fā)的定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)，用于在指令執(zhí)行開(kāi)始前使 VCC 和振蕩器電路穩(wěn)定。POR 周期為 (frac{589,824}{f}) ，標(biāo)稱時(shí)間為 50 到 200 ms，在停止模式恢復(fù)（SMR）期間會(huì)繞過(guò) POR 定時(shí)器。

5.8 HALT 和 STOP 模式

HALT 模式會(huì)關(guān)閉內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘，但 RC 振蕩器仍工作，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和外部中斷 IRQ0、IRQ1、IRQ2、IRQ3 保持活躍，可通過(guò)內(nèi)部或外部中斷恢復(fù)。STOP 模式會(huì)關(guān)閉內(nèi)部時(shí)鐘和振蕩器，將待機(jī)電流降低到小于 60 μA，通過(guò)啟用的外部中斷終止，處理器會(huì)在地址 000Ch 或活動(dòng)外部中斷向量處重新啟動(dòng)應(yīng)用程序。

六、控制寄存器

控制寄存器包括定時(shí)器模式寄存器、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 0 寄存器、預(yù)分頻器 0 寄存器、端口 2 模式寄存器、端口 2 開(kāi)漏模式寄存器、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器、中斷請(qǐng)求寄存器、中斷屏蔽寄存器、標(biāo)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(xì)的封裝尺寸圖，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局。

八、訂購(gòu)信息

8.1 訂購(gòu)選項(xiàng)

提供了兩種訂購(gòu)選項(xiàng)，分別是 40 - Pin DIP 封裝、5 MHz、標(biāo)準(zhǔn)溫度的 Z86K1505PSC 和 44 - Pin PLCC 封裝、5 MHz、標(biāo)準(zhǔn)溫度的 Z86K1505VSC。

8.2 部件編號(hào)描述

ZiLOG 部件編號(hào)由多個(gè)組件組成，如 Z 為 ZiLOG 前綴，86K15 為產(chǎn)品編號(hào)，05 表示速度，P 表示封裝，S 表示溫度，C 表示環(huán)境流。例如，Z86K1