探秘IA186EM/IA188EM 8位/16位微控制器：特性、架构与应用解析

在嵌入式系统的广阔领域中，微控制器扮演着至关重要的角色。今天，我们聚焦于IA186EM/IA188EM 8位/16位微控制器，深入探讨其特性、架构以及应用场景。

文件下载：IA188EM-PQF100I-R-03.pdf

一、概述

IA186EM/IA188EM是对原始Advanced Micro Devices Am186EM/Am188EM系列微控制器的完美替代方案。Innovasic运用其MILES（Managed IC Lifetime Extension System）系统克隆技术生产替代IC，这种技术所生产的替代IC远比“仿真”复杂，同时确保与原始IC兼容。MILES不仅能捕捉克隆设计，以便在硅技术不断发展的情况下仍可生产，还能将克隆产品与原始IC进行验证，确保“未记录特性”也能被复制。这使得客户能够保留现有的电路板设计、软件编译器/汇编器和仿真工具，避免了昂贵的重新设计工作。

二、特性亮点

引脚兼容性

该微控制器与Am186EM/Am188EM设备引脚兼容，这为工程师在进行升级或替代设计时提供了极大的便利，无需对电路板进行大规模的改动。

丰富功能集成

1. 锁相环（PLL）：允许相同的晶体/系统时钟频率，确保系统时钟的稳定性和准确性。
2. 指令集：支持8086/8088指令集，并扩展了186指令集，为软件开发提供了更强大的支持。
3. 可编程中断控制器：能够灵活处理各种中断请求，提高系统的响应速度和实时性。
4. 双直接内存访问（DMA）通道：实现数据在内存和外设之间的高速传输，减轻CPU的负担。
5. 定时器：配备三个16位定时器，可用于计数、定时事件以及产生可变占空比的波形。
6. 可编程芯片选择逻辑和等待状态发生器：可根据不同的应用需求进行灵活配置。
7. 看门狗定时器：增强系统的可靠性，防止系统出现故障时陷入死循环。
8. 异步串行端口：支持全双工、双向数据传输，具备DMA能力、硬件流控制以及7、8或9位数据能力。
9. 脉冲宽度解调器功能：可用于特定的信号处理应用。
10. 多达32个可编程I/O引脚（PIO）：方便与各种外设进行连接和交互。
11. 伪静态/动态RAM控制器：支持不同类型的内存访问。
12. 全静态CMOS设计：降低功耗，提高系统的能效。
13. 40-MHz工业操作条件下的运行能力：能够满足大多数工业应用的需求。
14. +5 VDC电源供应：电源要求简单，易于实现。

三、封装与引脚

封装类型

IA186EM和IA188EM提供两种封装形式：100引脚薄四方扁平封装（TQFP）和100引脚塑料四方扁平封装（PQFP），用户可以根据实际需求进行选择。

引脚描述

文档详细介绍了各个引脚的功能，如地址总线、数据总线、时钟输出、芯片选择信号等。例如，地址总线（a19/pio9 - a0）提供系统的非复用I/O或内存地址；地址/数据总线（ad15 - ad0或ao15 - ao8和ad7 - ad0）则用于传输复用的地址和数据。这些引脚的功能设计使得微控制器能够与各种外部设备进行有效的通信和数据交换。

四、设备架构

功能模块

该微控制器由多个功能模块组成，包括总线接口和控制（BIC）、时钟和电源管理、芯片选择和控制（CSC）、可编程I/O、DMA、中断控制器、定时器、异步串行端口和同步串行接口等。

1. 总线接口和控制（BIC）：负责管理对外部内存和外设的所有访问，支持复用和非复用总线操作。IA186EM提供写高字节（whb_n）和写低字节（wlb_n）信号，而IA188EM只需一个写字节（wb_n）信号来支持其8位数据总线。
2. 时钟和电源管理：包含锁相环（PLL）和第二个可编程系统时钟输出（clkoutb）。内部时钟频率与晶体相同，但占空比为45% - 55%，由PLL生成，无需外部x2时钟。通过电源管理控制寄存器（PDCON）可以独立启用或禁用时钟输出clkouta和clkoutb，实现不同的时钟频率配置。
3. 芯片选择：芯片选择生成对于内存和外设是可编程的，可产生就绪和等待状态，并提供锁存地址位a1和a2。共有六个内存芯片选择输出和六个外设芯片选择输出，可根据需要进行灵活配置。
4. 中断控制：中断请求来自多种内部和外部源，由内部中断控制器按优先级排序并逐个呈现给处理器。支持5个可屏蔽外部中断（int4 - int0）和1个不可屏蔽中断（NMI），以及6个内部中断源。通过编程内部中断控制器为从模式，可以使用82C59A兼容的外部中断控制器作为系统主控制器。
5. 定时器控制：IA186EM和IA188EM各有三个16位可编程定时器。定时器0和定时器1可连接外部引脚，用于计数、定时事件和产生波形；定时器2主要用于内部功能，如实时编码、时间延迟应用、定时器0和定时器1的预分频器或同步DMA传输。
6. 直接内存访问（DMA）：DMA可使CPU从内存和外设之间的数据传输中解脱出来，支持数据从内存到I/O、I/O到内存、内存到内存或I/O到I/O的传输。每个DMA通道有三个请求源：通道请求引脚（drq1 - drq0）、定时器2和系统软件。
7. 异步串行端口：采用标准的工业通信协议，实现全双工、双向数据传输。支持7、8或9位数据传输，具备奇偶校验、停止位设置、硬件握手和DMA功能。
8. 同步串行端口：允许微控制器与需要编程但引脚短缺的ASIC进行通信，支持半双工、双向数据传输，最大速率为20 Mbits/sec。

五、外设架构

控制寄存器

微控制器的片上外设由一个256字节的内部寄存器块控制，这些寄存器位于它们所控制的外设中，但在一个单一的256字节I/O空间块内寻址，并被视为一个功能单元。文档详细介绍了各种寄存器的功能和用途，如定时器寄存器、中断寄存器、串行端口寄存器等。

寄存器功能

不同的寄存器具有不同的功能，例如：

• RELREG（0feh）：用于将整个外设控制块寄存器组映射到I/O或内存空间，并设置中断控制器的主/从模式。
• RESCON（0f6h）：在复位上升沿锁存指定引脚的用户定义信息，其内容在下次复位前保持有效。
• PDCON（0f0h）：控制多个系统I/O和定时功能，包括电源节省模式的启用和时钟输出的控制。
• EDRAM（0e4h）：提供刷新计数器的控制和状态信息。
• CDRAM（0e2h）：确定刷新周期之间的时钟预分频器值。
• MDRAM（0e0h）：保存20位基本刷新地址的a19 - a13地址位。
• D1CON（0dah）和D0CON（0cah）：控制两个DMA通道的操作，包括数据传输方向、地址增减、同步模式等。

六、AC规格

文档提供了在商业操作范围（40 MHz）下的AC特性，包括各种时序参数，如数据建立时间、数据保持时间、时钟周期、信号延迟等。这些参数对于确保微控制器与外部设备的正确通信和同步至关重要。

七、指令集

文档总结了微控制器的指令集，包括各种指令的操作码、时钟周期和标志影响。这些指令涵盖了算术运算、逻辑运算、数据传输、跳转、中断等多种功能，为软件开发提供了丰富的选择。

八、勘误

文档还列出了与IA186EM/IA188EM版本03相关的勘误信息，包括问题描述和相应的解决方法。例如，定时器中断优先级的断言方式与原始AMD部件存在差异，可通过在中断例程开始时屏蔽定时器中断，结束时全局禁用中断并清除相应中断来解决。

九、总结

IA186EM/IA188EM 8位/16位微控制器以其丰富的功能、灵活的配置和良好的兼容性，为嵌入式系统设计提供了一个强大的解决方案。无论是在工业控制、通信、办公自动化还是存储等领域，都能发挥重要作用。工程师在使用该微控制器时，应充分了解其特性和架构，结合实际应用需求进行合理的设计和配置，以实现系统的最佳性能。同时，对于文档中列出的勘误信息，应予以重视，采取相应的解决措施，确保系统的稳定性和可靠性。

你在使用IA186EM/IA188EM微控制器的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。