Z86E23鍵盤微控制器：特性、功能與編程詳解

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器是眾多項(xiàng)目的核心組件。今天我們來(lái)詳細(xì)探討Zilog公司的Z86E23鍵盤微控制器，它具有8K OTP（一次性可編程）功能，在鍵盤控制等應(yīng)用中有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品特性

1. 基本參數(shù)

2. 封裝與功耗

采用40引腳DIP或44引腳PLCC封裝，低功耗設(shè)計(jì)，最大功耗僅165mW。具備兩種待機(jī)模式：STOP和HALT，能有效降低能耗。

3. 輸入特性

所有數(shù)字輸入為TTL電平，高壓輸入具備高壓保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、功能概述

1. 架構(gòu)與資源

基于Zilog的8位微控制器核心，擁有靈活的I/O方案、高效的寄存器和地址空間結(jié)構(gòu)。提供8KB的EPROM和256字節(jié)的RAM（其中236字節(jié)為通用），滿足不同應(yīng)用的存儲(chǔ)需求。

2. 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

配備兩個(gè)可編程的8位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器（T0 - T1），每個(gè)都有6位可編程預(yù)分頻器。T1的預(yù)分頻器可由內(nèi)部或外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，而T0的預(yù)分頻器僅由內(nèi)部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。預(yù)分頻器可將時(shí)鐘源輸入頻率除以1 - 64的任意整數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器和預(yù)分頻器計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生定時(shí)器中斷請(qǐng)求（IRQ4或IRQ5）。計(jì)數(shù)器可進(jìn)行多種模式編程，如單通模式和模n連續(xù)模式，且計(jì)數(shù)器可隨時(shí)讀取而不影響其值或計(jì)數(shù)模式。

3. 中斷系統(tǒng)

具有六個(gè)不同來(lái)源的可屏蔽和優(yōu)先級(jí)中斷，其中四個(gè)來(lái)自端口3的P33 - P30，兩個(gè)來(lái)自計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。中斷請(qǐng)求由中斷屏蔽寄存器全局或單獨(dú)啟用或禁用，當(dāng)多個(gè)中斷待處理時(shí)，由可編程優(yōu)先級(jí)編碼器根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理。所有中斷通過(guò)程序內(nèi)存中的位置進(jìn)行向量處理，中斷激活時(shí)會(huì)保存程序計(jì)數(shù)器和狀態(tài)標(biāo)志，并跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的向量位置。

4. 時(shí)鐘系統(tǒng)

片上振蕩器可連接晶體、LC、陶瓷諧振器或任何合適的外部時(shí)鐘源（XTAL1為輸入，XTAL2為輸出）。晶體建議采用AT切割，最大頻率4MHz，串聯(lián)電阻（RS）小于等于100歐姆，需使用推薦電容（10pF < CL < 150pF）連接到地。

5. 低EMI設(shè)計(jì)

通過(guò)移除內(nèi)部二分頻電路和修改片上振蕩器，降低了EMI發(fā)射，減少了對(duì)其他設(shè)備的干擾。

6. 待機(jī)模式

• HALT模式：關(guān)閉內(nèi)部CPU時(shí)鐘，但不關(guān)閉XTAL振蕩，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和外部中斷IRQ0、IRQ1、IRQ2、IRQ3保持活躍?？赏ㄟ^(guò)外部或內(nèi)部產(chǎn)生的中斷恢復(fù)，中斷服務(wù)程序執(zhí)行后，程序從HALT指令后的指令繼續(xù)執(zhí)行。
• STOP模式：關(guān)閉內(nèi)部時(shí)鐘和外部晶體振蕩，將待機(jī)電流降低到5μA（典型值）或更低。通過(guò)復(fù)位終止該模式，處理器從地址000CH重新啟動(dòng)應(yīng)用程序。進(jìn)入STOP或HALT模式前，需先執(zhí)行NOP指令清空指令流水線，避免在指令執(zhí)行中途暫停。

三、引腳說(shuō)明

1. 標(biāo)準(zhǔn)模式

• 40引腳DIP封裝：不同引腳具有不同功能，如VCC為電源供應(yīng)，XTAL1和XTAL2用于連接晶體或時(shí)鐘源，RESET為復(fù)位引腳等。部分引腳用于測(cè)試，客戶需將其作為“浮動(dòng)引腳”處理，同時(shí)為避免系統(tǒng)ESD故障，特定引腳（如Pin 9）必須接地。
• 44引腳PLCC封裝：與40引腳DIP封裝類似，但引腳布局和功能分配有所不同，同樣存在用于測(cè)試的“浮動(dòng)引腳”和需接地的引腳以防止ESD故障。

2. EPROM模式

• 40引腳DIP封裝：引腳功能與標(biāo)準(zhǔn)模式不同，如CE為芯片使能，VPP為編程電壓，EPM為EPROM編程模式等。同樣有測(cè)試用的“浮動(dòng)引腳”和需接地的引腳。
• 44引腳PLCC封裝：引腳功能和布局也相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)EPROM編程模式的需求。

四、編程模式

1. 用戶模式

Z86E23提供多種用戶模式，每種模式有不同的AC定時(shí)周期。

• EPROM Read1和Read2：可將Z86E23作為標(biāo)準(zhǔn)2764A EPROM進(jìn)行讀取，通過(guò)驅(qū)動(dòng)/EPM引腳到VH并激活/CE和/OE實(shí)現(xiàn)。此模式在執(zhí)行EPROM保護(hù)周期后無(wú)效。
• Program：采用智能編程算法，VCC為6.0V，VPP為12.5V，編程脈沖以1ms為增量，最多25個(gè)脈沖，驗(yàn)證后發(fā)出三倍編程周期時(shí)長(zhǎng)的脈沖確保編程正確。
• Program Verify：作為智能編程算法的一部分，確保在最壞情況下的數(shù)據(jù)完整性，與EPROM讀取模式的區(qū)別在于VPP激活且VCC必須為6.0V。
• EPROM和RAM Protect：為增強(qiáng)程序安全性，提供EPROM和RAM保護(hù)周期。執(zhí)行EPROM保護(hù)周期后，禁止EPROM讀取、驗(yàn)證和編程周期；執(zhí)行RAM保護(hù)周期可禁用對(duì)寄存器內(nèi)存上128字節(jié)（不包括模式和配置寄存器）的訪問(wèn)，但需先設(shè)置IMR（R251）的第6位。

2. 編程波形和流程

編程過(guò)程涉及多個(gè)參數(shù)的設(shè)置，如地址建立時(shí)間、數(shù)據(jù)建立時(shí)間、VCC建立時(shí)間等。編程流程遵循智能編程算法，包括編程脈沖的施加、驗(yàn)證和最終數(shù)據(jù)比較等步驟。

五、控制寄存器

Z86E23擁有多個(gè)控制寄存器，用于配置和控制微控制器的各種功能，如定時(shí)器模式、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器值、端口模式、中斷優(yōu)先級(jí)和屏蔽等。每個(gè)寄存器的不同位具有不同的功能，通過(guò)對(duì)這些寄存器的操作，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用需求。

六、封裝信息與訂購(gòu)信息

1. 封裝尺寸

提供40引腳DIP和44引腳PLCC封裝，文檔中詳細(xì)給出了兩種封裝的尺寸參數(shù)，包括毫米和英寸單位的最小、最大值和典型值。

2. 訂購(gòu)信息

產(chǎn)品編號(hào)包含了速度、溫度范圍、封裝類型和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等信息。例如，Z86E2304PSC表示4MHz、40引腳DIP封裝、溫度范圍0°C至 +70°C、塑料標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的產(chǎn)品。用戶可聯(lián)系Zilog銷售辦公室獲取所需部件。

Z86E23鍵盤微控制器以其豐富的功能、低功耗和靈活的編程模式，為電子工程師在鍵盤控制等應(yīng)用中提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置和使用其各種功能，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似微控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。