87C196KD 16位高性能CHMOS微控制器：汽车应用的理想之选

在汽车电子领域，高性能、高可靠性的微控制器至关重要。Intel的87C196KD 16位微控制器凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为汽车应用的理想选择。本文将深入介绍87C196KD的特点、电气特性和设计注意事项，帮助电子工程师更好地了解和应用这款微控制器。

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一、87C196KD概述

1.1 高性能特性

87C196KD是MCS系列的高性能成员，是增强型的8XC196KC设备。它采用Intel的CHMOS工艺，具有高性能和低功耗的特点。该微控制器具备32KB的片上EPROM、232字节的寄存器文件、768字节的额外RAM，以及寄存器到寄存器的架构，为数据处理提供了强大的支持。

1.2 丰富的外设资源

• 中断系统：拥有28个中断源和16个向量，能够快速响应各种外部事件。
• 外设事务服务器（PTS）：提高了外设与CPU之间的数据传输效率。
• 定时器和计数器：包括16位定时器、3个脉宽调制（PWM）输出和四个16位软件定时器，可用于精确的时间控制和波形生成。
• 高速I/O子系统：提供四个高速捕获输入和六个高速输出，可用于记录事件发生的时间和生成脉冲或波形。
• 全双工串行端口：支持数据的双向传输，方便与其他设备进行通信。

1.3 工作模式

87C196KD支持掉电和空闲模式，可有效降低功耗。此外，它还具备动态可配置的8位或16位总线宽度，可根据实际需求进行灵活调整。

二、电气特性

2.1 绝对最大额定值

• 环境温度：-40°C至+125°C
• 存储温度：-65°C至+150°C
• 引脚电压：除EA和VPP外，任何引脚相对于VSS的电压范围为-0.5V至+7.0V；EA和VPP相对于VSS的电压范围为-0.5V至+13.0V
• 功耗：0.43W

2.2 工作条件

• 环境温度：-40°C至+125°C
• 数字电源电压（VCC）：4.50V至5.50V
• 模拟电源电压（VREF）：4.50V至5.50V
• 振荡器频率（FOSC）：4至16MHz

2.3 直流特性

包括输入低电压（VIL）、输入高电压（VIH）、输出低电压（VOL）、输出高电压（VOH）等参数，这些参数在指定的工作条件下有明确的取值范围。

2.4 交流特性

在指定的测试条件下（电容负载为100pF，上升和下降时间为10ns，FOSC = 16MHz），对系统的各种时序参数进行了规定，如地址有效到READY建立时间、ALE低到READY建立时间等。

三、引脚描述

87C196KD采用68引脚的PLCC封装，每个引脚都有特定的功能。以下是一些主要引脚的功能介绍：

• VCC：主电源电压（5V）
• VSS：数字电路接地（0V），有三个VSS引脚，必须全部连接
• VREF：A/D转换器的参考电压（5V），也是A/D转换器模拟部分和读取端口0的逻辑电路的电源电压
• ANGND：A/D转换器的参考地，必须与VSS保持大致相同的电位
• VPP：从掉电电路返回的定时引脚，可连接一个1μF电容到VSS和一个1MΩ电阻到VCC；若不使用该功能，可将VPP连接到VCC
• XTAL1：振荡器逆变器和内部时钟发生器的输入
• XTAL2：振荡器逆变器的输出
• CLKOUT：内部时钟发生器的输出，频率与振荡器频率相同
• RESET：芯片的复位输入
• BUSWIDTH：总线宽度选择输入，可选择8位或16位总线周期
• NMI：正跳变会导致向量通过203EH
• INST：外部存储器读取期间输出高电平，表示读取的是指令提取
• EA：存储器选择输入，决定对2000H至5FFFH地址的访问是指向片上ROM/EPROM还是片外存储器
• ALE/ADV：地址锁存使能或地址有效输出，用于从地址数据总线解复用地址
• RD：外部存储器的读取信号输出
• WR/WRL：外部存储器的写和写低输出
• BHE/WRH：总线高使能或写高输出，用于选择数据总线的高字节或低字节

四、A/D转换器特性

4.1 10位模式

A/D转换器在10位模式下的速度可通过设置时钟预分频器来调整。时钟预分频器禁用时的最大频率为6MHz。该模式下的转换时间与预分频器的状态有关，具体参数如下：	时钟预分频器状态	状态数	16MHz时的转换时间	6MHz时的转换时间
开启	156.5	19.5ms	-
关闭	89.5	29.8ms	-

4.2 8位模式

8位模式以牺牲分辨率为代价换取更快的转换时间。在进行8位转换时，必须使用AD TIME寄存器。测试表明，在16MHz下，使用OA6H在AD TIME时，采样时间为20个状态，转换时间为56个状态，转换时间为9.8ms。

五、设计考虑事项

5.1 与87C196KB的比较

• 内存映射：87C196KD有512字节的RAM SFRs和32K的ROM/EPROM，额外的256字节RAM位于100H - 1FFH，额外的24K EPROM位于4000H - 9FFFH，而这些位置在87C196KB上是外部存储器。
• 引脚变化：87C196KB上的CDE引脚在87C196KC上变为VSS引脚，以支持16MHz操作。
• EPROM编程：87C196KD采用不同的编程算法来支持32K的片上内存。在进行运行时编程时，可参考80C196KC用户指南第99页的代码。
• ONCE模式进入：在87C196KD上，通过在RESET上升沿将TXD引脚拉低进入ONCE模式。TXD引脚由一个1.4mA的上拉电阻保持高电平，且必须保持在2.0V，否则会进入ONCE模式。
• 总线HOLD状态：在总线HOLD状态下，87C196KD会将RD、WR、ALE、BHE和INST弱保持在非活动状态，而87C196KB仅保持ALE在非活动状态。
• RESET脉冲：87C196KD的RESET脉冲为16个状态，而87C196KB为4个状态，这为系统中的其他设备提供了更长的复位脉冲。

5.2 勘误信息

• 中断识别问题：在低电压（<4.7V）、高频率（16MHz）和高温（>85°C）条件下，设备可能无法识别EXTINIT（P2.2和P0.7）和NMI的中断，在CLKOUT下降沿附近约2ns的窗口内可能会错过这些中断。
• 串行端口问题：在模式0下，若选择最高波特率（SP BAUD = 8001h），串行端口将无法正常工作，数据移入设备时无法正确读取。

六、总结

87C196KD 16位微控制器以其高性能、丰富的外设资源和良好的电气特性，为汽车电子应用提供了强大的支持。电子工程师在设计过程中，需要充分考虑其特点和设计注意事项，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，对于勘误信息中提到的问题，也需要在设计和测试过程中加以关注，避免出现潜在的故障。你在使用87C196KD微控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。