COP8TAB9/TAC9 8位CMOS闪存微控制器：特性与应用解析

一、引言

在当今的电子设计领域，微控制器扮演着至关重要的角色。National Semiconductor推出的COP8TAB9/TAC9 8位CMOS闪存微控制器，凭借其丰富的特性和出色的性能，在众多应用场景中展现出了独特的优势。本文将对该微控制器进行详细的解析，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

文件下载：COP8TAB9EMW8.pdf

二、产品概述

2.1 总体描述

COP8TAB9/TAC9闪存微控制器是高度集成的COP8™特性核心设备，具备2k或4k闪存内存以及一系列先进特性。这些单芯片CMOS设备适用于需要全功能、系统内可重编程控制器，且对内存有适度要求和低电磁干扰（EMI）的应用场景。同时，该系列还开发了掩膜ROM设备（COP8TAB5/TAC5），除了启动ROM和闪存内存以及相关特性（如系统内编程和可重编程性）外，提供相同的功能。

2.2 产品参数

设备型号	内存（KB）	闪存程序（字节）	RAM	引脚数	I/O	封装	温度范围
COP8TAB9	2	128	16、24或40	20和28	SOIC WIDE、44 LLP	-40˚C至+85˚C
COP8TAC9	4	128	-	-	-	-	-

三、特性亮点

3.1 关键特性

• 闪存程序内存：具备2k字节或4k字节的闪存程序内存，具有安全特性，以512字节页面组织，可单独擦除或写入。
• RAM：128字节的易失性RAM。
• 系统内可编程性：2.25V - 2.75V的闪存系统内可编程性。
• 高耐久性：20k次擦除/写入周期。
• 数据保留：100年的数据保留时间。
• 振荡器：支持15 MHz的晶体振荡器或10MHz的集成RC振荡器。
• 时钟预分频器：可根据处理需求调整功耗。
• 电源复位：具备上电复位功能。
• 电源节省模式：支持HALT/IDLE电源节省模式。
• 16位定时器：具有处理器独立PWM模式、外部事件计数器模式和输入捕获模式。
• 高电流I/O：在0.4V时可提供10 mA电流。

3.2 其他特性

• 单电源操作：2.25V - 2.75V（-40˚C至+85˚C）。
• 低辐射设计：安静设计，低辐射发射。
• 多输入唤醒：支持多输入唤醒，可选中断。
• 串行接口：MICROWIRE/PLUS（串行外设接口兼容）和ACCESS.Bus同步串行接口（兼容I2C™和SMBus™），包括主模式和从模式，总线速度可达400KBits/Sec，具备低功耗模式和唤醒检测功能，可选1.8V ACCESS.Bus兼容性。
• 中断服务：八个多源向量中断服务，包括外部中断、空闲定时器T0、定时器（带2个中断）、MICROWIRE/PLUS串行外设接口、ACCESS.Bus/I2C/SMBus兼容同步串行接口、多输入唤醒和软件陷阱。
• 空闲定时器：可编程中断间隔的空闲定时器。
• 堆栈指针和数据指针：8位堆栈指针SP（位于RAM中）和两个8位寄存器间接数据内存指针。
• 位操作：支持真正的位操作。
• 看门狗和时钟监控：具备看门狗和时钟监控逻辑。
• I/O选项：软件可选I/O选项，包括三态输出/高阻抗输入、推挽输出和弱上拉输入。
• 施密特触发器输入：I/O端口具备施密特触发器输入。

四、架构分析

4.1 EMI降低

COP8TAB9/TAC9设备采用了抗电磁干扰的电路设计。National的专利EMI降低技术提供了低EMI时钟电路、渐变开启输出驱动器（GTOs）和内部Icc平滑滤波器，有助于解决嵌入式控制设计中的许多EMI问题。在设计中采用该专利电路时，可实现15 dB - 20 dB的EMI传输降低。

4.2 系统内编程

设备的启动ROM中包含一个程序，通过MICROWIRE/PLUS串行接口提供擦除、编程和读取闪存内存内容的能力。此外，启动ROM中还包含其他例程，用户程序可以调用这些例程，以实现系统内软件更新功能。启动ROM的代码执行取决于复位退出时选项寄存器中FLEX位的状态。如果FLEX位为0，则假设闪存内存为空，从启动ROM开始执行。

4.3 真正的系统内仿真

芯片上增加了仿真功能，允许用户使用最终生产板和设备进行真正的系统内仿真。这简化了在实际环境条件下软件的测试和评估。用户只需在最终应用板上提供一个标准连接器，并通过跳线绕过该连接器，就可以使用实际生产单元进行软件和硬件调试。

4.4 架构特点

COP8系列基于改进的哈佛架构，允许直接从程序内存访问数据表。这种架构对于现代基于微控制器的应用非常重要，因为程序内存通常是ROM或EPROM，而数据内存通常是RAM。在改进的哈佛架构中，指令获取和内存数据传输可以通过两级流水线重叠，从而在执行当前指令时从程序内存中获取下一条指令，这是冯·诺依曼单地址总线架构无法实现的。此外，COP8系列支持软件堆栈方案，允许用户进行多次子程序调用，这在使用高级语言时非常重要。

4.5 指令集

4.5.1 关键指令集特性

COP8系列的指令集具有独特的组合，为设计人员提供了最佳的代码效率和程序内存利用率。

4.5.2 单字节/单周期代码执行

大多数指令为单字节指令，占用的程序空间最小。同时，大多数指令为单周期执行，执行时间最短。实际上，77%的指令是单字节单周期指令，提供了更高的代码和I/O效率以及更快的代码执行速度。

4.5.3 单字节多功能指令

COP8指令集使用了许多单字节多功能指令，一个指令可以完成多个功能，如DRSZ、DCOR、JID、LD（加载）和X（交换）指令，具有后递增和后递减功能。例如，JID指令可以解码外部事件并跳转到相应的服务例程；LAID指令可以从程序内存高效地将数据传输到CPU；RETSK指令允许从子程序返回并跳过下一条指令；AUTOINC/DEC指令使用两个内存指针B和X来高效处理数据块。

五、订购信息

5.1 部件编号方案

编号部分	含义
COP8	-
TA	系列和特性集指示符
C	程序内存大小（B = 2k，C = 4k）
9	程序内存类型（5 = 掩膜ROM，9 = 闪存）
H	引脚数（C = 20引脚，E = 28引脚，H = 44引脚）
LQ	封装类型（LQ = LLP，MW = SOIC WIDE）
8	温度范围（8 = -40至+85˚C）

5.2 注意事项

在使用COP8TAx9闪存设备进行开发，后续要生产COP8TAx5 ROM设备的应用时，用户需要注意确保代码中不包含对启动ROM功能的调用。因为闪存和ROM设备并非100%相同，ROM设备中JSRB指令的执行方式与闪存设备不同。建议用户在进行生产之前获取掩膜ROM原型设备，以确保应用中闪存和ROM设备之间没有意外差异。

六、总结

COP8TAB9/TAC9 8位CMOS闪存微控制器以其丰富的特性、先进的架构和高效的指令集，为电子工程师提供了一个强大的设计平台。在低EMI设计、系统内编程、仿真调试等方面都具有显著的优势，适用于各种需要高性能、低功耗和可重编程的应用场景。电子工程师在设计过程中，可以根据具体的需求充分发挥该微控制器的优势，打造出更加优秀的产品。大家在实际应用中，是否也遇到过类似微控制器的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。