Z86C83/C84/E83 CMOS Z8® MCU：嵌入式控制的理想之选

在嵌入式控制领域，一款性能卓越、功能丰富的微控制器（MCU）对于实现各种复杂应用至关重要。Z86C83/C84/E83 CMOS Z8® MCU便是这样一款值得关注的产品，它以其独特的架构和强大的功能，为工程师们提供了广阔的设计空间。

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一、产品概述

Z86C83/C84/E83隶属于Z8® MCU家族，具备独特的寄存器到寄存器架构，有效避免了累加器瓶颈问题，相较于RISC处理器，显著提升了代码效率。该系列MCU适用于众多嵌入式控制应用场景，如家电、过程控制、键盘、安全系统、电池充电器以及汽车模块等。

产品特性

设备	ROM (KB)	RAM* (Bytes)	I/O 线	电压范围
Z86C83	4	237	21	3.0V 至 5.5V
Z86E83	4 (OTP)	237	21	3.5V 至 5.5V
Z86C84	4	237	17	3.0V 至 5.5V

此外，它还具有以下特性：

1. 封装形式多样：提供28 - Pin DIP、SOIC和PLCC封装，方便不同应用场景的需求。
2. 时钟速度：时钟速度可达16 MHz，满足高速处理需求。
3. 扩展寄存器组：拥有三个扩展寄存器组，增强了系统的控制能力。
4. A/D和D/A转换器：8通道、8位A/D转换器，具备跟踪和保持功能以及独特的R - Ladder (A GND) 偏移控制；Z86C84还配备两个8位D/A转换器，具有可编程增益级，建立时间仅3 µs。

二、引脚说明

不同型号的Z86C83/C84/E83在引脚配置上存在一定差异，下面为大家详细介绍：

Z86C83和标准模式Z86E83

编号	符号	功能	方向
1 - 7	P21 - P27 或 AC1 - AC7	端口2，位1 - 7 模拟输入1 - 7	输入/输出
8	/RESET	复位	输入
9	XTAL1	振荡器时钟	输入
10	XTAL2	振荡器时钟	输出
11	GND	接地
12	VCC	电源
13 - 15	P31 - P33	端口3，位1 - 3	输入
16	P34	端口3，位4	输出
17	P36	端口3，位6	输出
18	P35	端口3，位5	输出
19 - 25	P00 - P06	端口0，位0 - 6	输入/输出
26	A GND	模拟接地
27	AVCC	模拟电源
28	P20	端口2，位0	输入/输出
	或 AC0	模拟输入0

Z86C84

编号	符号	功能	方向
1 - 7	P21 - P27 或 AC1 - AC7	端口2，位1 - 7 模拟输入1 - 7	输入/输出
8	/RESET	复位	输入
9	XTAL1	振荡器时钟	输入
10	XTAL2	振荡器时钟	输出
11	GND	接地
12	VCC	电源
13 - 15	P31 - P33	端口3，位1 - 3	输入
16	P34	端口3，位4	输出
17	P36	端口3，位6	输出
18	P35	端口3，位5	输出
19 - 21	P00 - P02	端口0，位0 - 3	输入/输出
22	VDLO	D/A 参考电压，低	输入
23	VDHI	D/A 参考电压，高	输入
24 - 25	DAC2 - 1	D/A 转换器	输出
26	A GND	模拟接地
27	AVCC	模拟电源
28	P20 或 AC0	端口2，位0 模拟输入0	输入/输出

Z86E83（EPROM 编程模式）

编号	符号	功能	方向
1 - 7	D1 - D7	数据1,2,3,4,5,6,7	输入/输出
8	NC	无连接
9	/CE	芯片使能	输入
10	NC	无连接
11	GND	接地
12	VCC	电源
13	/OE	输出使能	输入
14	EPM	EPROM 编程模式	输入
15	VPP	编程电压	输入
16 - 18
19	CLR	清除时钟	输入
20	CLK	地址输入	输入
21	/PGM	编程模式	输入
22 - 27	NC	无连接
28	D0	数据0	输入/输出

三、电气特性

绝对最大额定值

在使用Z86C83/C84/E83时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对设备造成永久性损坏。例如，环境温度在偏置条件下为 - 40°C 至 +105°C，存储温度为 - 65°C 至 +150°C 等。具体参数如下表所示：	参数	最小值	最大值	单位	备注
偏置条件下的环境温度	- 40	+105	°C
存储温度	- 65	+150	°C
任何引脚相对于 VSS 的电压	- 0.6	+7	V	1. 适用于除 /RESET 引脚外的所有引脚，另有说明除外
VCC 引脚相对于 VSS 的电压	- 0.3	+7	V
/RESET 引脚相对于 VSS 的电压	- 0.6	VCC + 1	V	2. 引脚到 (V_{cc}) 无输入保护二极管
P32、P33 和 /Reset 引脚相对于 VSS 的电压	- 0.6	VCC + 1	V	2,5. 仅适用于 Z86E83
总功耗		770	mW
流出 VSS 的最大电流		140	mA
流入 VCC 的最大电流		125	mA
流入输入引脚的最大电流	- 600	+600	µA	3. 不包括 XTAL 引脚
流入开漏引脚的最大电流	- 600	+600	µA	4. 设备引脚不在输出低电平状态
任何 I/O 引脚吸收的最大输出电流		25	mA
任何 I/O 引脚提供的最大输出电流		25	mA

标准测试条件

该系列 MCU 的特性在标准测试条件下适用，所有电压均参考接地。例如，电容参数在 (T{A}=25^{circ} C) ，(V{CC}=GND = 0 ~V) ，(f = 1.0 MHz) ，未测量引脚返回 GND 的条件下测量，输入电容、输出电容和 I/O 电容的最大值均为 15 pF。

DC 电气特性

不同型号在不同电压和温度条件下的 DC 电气特性有所不同，如时钟输入高电压、低电压，输入高电压、低电压，输出高电压、低电压等参数。以 Z86C83/C84 为例，在 (V{CC}=3.0V) ，温度范围为 0°C 至 +70°C 时，时钟输入高电压范围为 0.7 (V{CC}) 至 (V_{CC}+0.3) ，典型值为 1.3V。

AC 电气特性

同样，AC 电气特性也与电压、温度和时钟频率等因素相关。例如，输入时钟周期在不同电压和温度下有不同的要求，在 (V_{CC}=3.0V) ，温度范围为 0°C 至 +70°C 时，输入时钟周期最小值为 250 ns。

四、功能描述

复位功能

复位引脚 /RESET 用于初始化 MCU，可通过上电复位（POR）、看门狗定时器（WDT）复位或外部复位实现。在 POR 和 WDT 复位期间，内部生成的复位信号会将复位引脚拉低，持续 POR 时间。复位检测后，内部 RST 信号会被锁存并保持一段时间，程序执行将在 RST 释放后的 5 - 10 个 TpC 周期后从地址 000C（十六进制）开始。

程序存储器

C83/C84/E83/E84 可寻址高达 4 KB 的内部程序存储器，前 12 个字节用于存储中断向量，其余部分为片上掩膜编程 ROM。同时，ROM 保护功能可防止外部程序读取 ROM 内容。

扩展寄存器文件

寄存器文件得到扩展，允许更多的系统控制寄存器和外设设备及输入/输出端口映射到寄存器地址区域。Z8 寄存器地址空间 R0 至 R15 被实现为 16 组，每组 16 个寄存器，这些寄存器组被称为扩展寄存器文件（ERF）。

计数器/定时器

该系列 MCU 配备两个 8 位可编程计数器/定时器（T0 - T1），每个由一个 6 位可编程预分频器驱动。T1 预分频器可由内部或外部时钟源驱动，而 T0 预分频器仅由内部时钟驱动。计数器可进行多种模式的编程，如启动、停止、重启等，还可实现级联功能。

中断

Z8 具有六个不同来源的中断，这些中断可屏蔽、可优先级排序。中断源分为两类：四个来自端口 3 的 P33 - P30 线，两个来自计数器/定时器。中断请求可通过中断屏蔽寄存器进行全局或单独的启用或禁用。当多个中断同时发生时，可编程优先级编码器会根据中断优先级寄存器的设置来解决优先级问题。

时钟

片上振荡器具有高增益、并联谐振放大器，可连接晶体、LC、陶瓷谐振器或任何合适的外部时钟源。晶体应采用 AT 切割，最大频率为 16 MHz，串联电阻（RS）小于或等于 100 Ohms。为减少接地噪声注入到振荡器，晶体应通过推荐的电容值连接到 XTAL1 和 XTAL2 引脚，并直接连接到设备接地引脚。

模数转换器（ADC）

ADC 是一个 8 位半闪存转换器，使用两个参考电阻梯进行上 4 位（MSBs）和下 4 位（LSBs）的转换。在采样期间，转换器会自动调零，转换时间取决于内部时钟频率，最小转换时间为 35 x SCLK。ADC 由 Z8 控制，其三个寄存器（两个控制寄存器和一个结果寄存器）映射到扩展寄存器文件中。通过配置控制寄存器并写入启动命令，可启动转换过程。同时，ADC 还支持校准偏移功能，可通过选择性启用特殊匹配电阻来调整 (A GND) 的偏移，从而提高在特定电压范围内的分辨率。

数模转换器（DAC）

Z86C84 配备两个数模转换器（DAC），每个 DAC 是一个 8 位电阻串，具有可编程的 0.25X、0.5X 或 1X 增益输出缓冲器。DAC 输出电压在内部数据锁存到 DAC 数据寄存器后稳定。DAC 的参考电压可选择模拟电源轨 (AV_{CC}) 和 (A GND) ，或外部提供的参考电压 VDHI 和 VDLO。通过写入相应的数据寄存器和控制寄存器，可实现 D/A 转换，并设置增益和启用/禁用 DAC。

电源管理

上电复位（POR）

POR 定时器功能由板载 RC 振荡器或 XTAL 振荡器驱动的定时器电路实现。POR 时间用于使 (V_{CC}) 和振荡器电路稳定，然后开始执行指令。POR 定时器可由三种条件触发：电源故障到电源正常状态、停止模式恢复（如果 SMR 寄存器的 D5 = 1）、WDT 超时（包括从停止模式）。

HALT 模式

HALT 模式会关闭内部 CPU 时钟，但不影响 XTAL 振荡。计数器/定时器和外部中断 IRQ0、IRQ1 和 IRQ2 保持活动状态。设备可通过外部或内部产生的中断（如 POR 或 WDT 超时）恢复，中断请求必须被执行才能退出 HALT 模式。中断服务程序执行后，程序将从 HALT 指令后的指令继续执行。

STOP 模式

STOP 模式会关闭内部时钟和外部晶体振荡，将待机电流降低到 10 µA（典型值）或更低。STOP 模式可通过 WDT 超时、POR 或停止模式恢复来终止，处理器将从地址 000CH 重新启动应用程序。为避免在执行睡眠指令时暂停执行中间指令，进入 STOP 或 HALT 模式前，需要先执行 NOP 指令来清空指令流水线。

停止模式恢复寄存器（SMR）

SMR 寄存器用于选择时钟分频值和确定停止模式恢复的模式。该寄存器的所有位除 D7 外均为只写位，D7 为只读标志位，在停止模式恢复时由硬件设置，在电源上电周期时复位。SMR 寄存器的不同位控制着时钟分频、停止模式恢复源、停止延迟、恢复电平以及 WDT 的超时周期等功能。

看门狗定时器模式寄存器（WDTMR）

WDT 是一个可重触发的单稳态定时器，如果达到终端计数，将复位 Z8。WDT 最初通过执行 WDT 指令启用，并在后续执行 WDT 指令时刷新。WDT 电路由板载 RC 振荡器或 XTAL1 引脚的外部振荡器驱动。WDTMR 寄存器的不同位控制着 WDT 的时钟源、超时周期、在 HALT 和 STOP 模式下的活动状态等。

五、端口配置

端口 0

端口 0 是一个 7 位、双向、CMOS 兼容的 I/O 端口，其中 P03 - P06 在 Z86C84 中不可用。这些 I/O 线可分别进行半字节编程，作为输入/输出使用。所有输入缓冲器采用施密特触发器，输出驱动器为推挽式。同时，P03 - P06 具有自动锁存功能，可在未外部驱动时提供有效的 CMOS 电平，避免输入浮动导致的过大电流。

端口 2

端口 2 是一个 8 位、双向、CMOS 兼容的 I/O 端口，也是 8 通道多路复用输入到 8 位 ADC 的端口。通过编程 Port2 模式寄存器，可将端口 2 配置为数字输入，读取数字数据；或配置 ADC 控制寄存器，读取 ADC 结果寄存器以评估模拟信号。端口 2 的每个 I/O 线方向可单独配置，并且所有版本的设备都支持为每个端口 2 I/O 线单独连接 10K（±20%）上拉电阻，通过软件控制 P2RES 寄存器实现。

端口 3

端口 3 是一个 6 位、CMOS 兼容的端口，具有三个固定输入（P33 - P31）和三个固定输出（P34 - P36），可通过软件控制进行输入/输出、计数器/定时器、中断和