COP8CFE9 8位CMOS闪存微控制器：特性、电气参数与设计优势

在电子设计领域，微控制器是众多应用的核心组件。今天我们来深入探讨National Semiconductor推出的COP8CFE9 8位CMOS闪存微控制器，这款产品具备诸多先进特性，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

COP8CFE9是一款高度集成的COP8™特性核心设备，拥有8k闪存内存，具备虚拟EEPROM、A/D和高速定时器等先进功能。它是单芯片CMOS设备，适合需要全功能、系统内可重新编程的大内存且低EMI的控制器应用。无论是开发阶段、预生产阶段还是批量生产阶段，都可搭配一系列COP8软硬件开发工具使用。

产品参数

设备	闪存程序内存（字节）	RAM（字节）	欠压电压	I/O引脚	封装	温度范围
COP8CFE9	8k	256	无欠压	37, 39	44 LLP, 44 PLCC, 48 TSSOP	-40˚C至 +85˚C、-40˚C至 +125˚C

二、产品特性

关键特性

1. 闪存程序内存：8k字节闪存程序内存，具备安全特性，可提供可靠的数据存储和保护。
2. 虚拟EEPROM：利用闪存程序内存实现虚拟EEPROM功能，具有高耐久性，读写循环可达100k次，数据保留时间长达100年。
3. RAM：256字节易失性RAM，满足数据处理和临时存储需求。
4. A/D转换器：10位逐次逼近模拟到数字转换器，最多支持16个通道，具备100%精确模拟仿真能力。
5. 电源可编程性：2.7V - 5.5V系统内闪存可编程性，方便进行程序更新和配置。
6. 电源模式：具备HALT/IDLE省电模式，可有效降低功耗。
7. 定时器：两个16位定时器，其中定时器T2可高速运行（分辨率50 ns），支持处理器独立PWM模式、外部事件计数器模式和输入捕获模式。
8. 高电流I/O：部分引脚（B0 - B3）在0.3V时可提供10 mA电流，其他引脚在1.0V时可提供10 mA电流，满足不同负载驱动需求。

其他特性

1. 单电源操作：在不同温度范围下，支持2.7V - 5.5V（-40˚C至 +85˚C）和4.5V - 5.5V（-40˚C至 +125˚C）的单电源操作。
2. 低辐射设计：采用安静设计，降低辐射发射，减少电磁干扰。
3. 多输入唤醒：支持多输入唤醒，并可选择中断功能，提高系统响应速度。
4. 串行接口：具备MICROWIRE/PLUS（串行外设接口兼容），方便与其他设备进行通信。
5. 中断服务：支持九个多源向量中断服务，包括外部中断、空闲定时器T0、两个定时器（各有2个中断）、MICROWIRE/PLUS串行外设接口、多输入唤醒和软件陷阱等。
6. 空闲定时器：具备可编程中断间隔的空闲定时器，可灵活控制系统运行状态。
7. 寄存器和指针：8位堆栈指针SP（堆栈位于RAM中），两个8位寄存器间接数据内存指针，支持真正的位操作。
8. 看门狗和时钟监控：具备看门狗和时钟监控逻辑，提高系统稳定性和可靠性。
9. 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，方便进行电路设计和配置。
10. 施密特触发器输入：I/O端口采用施密特触发器输入，增强抗干扰能力。

三、架构与指令集优势

架构特点

COP8家族基于改进的哈佛架构，允许直接从程序内存访问数据表。这种架构在现代基于微控制器的应用中非常重要，因为程序内存通常是ROM或EPROM，而数据内存通常是RAM。通过两阶段流水线，指令提取和内存数据传输可以重叠，在执行当前指令时从程序内存中提取下一条指令，提高了执行效率，这是冯·诺依曼单地址总线架构所不具备的优势。

指令集优势

1. 单字节/单周期代码执行：大多数指令为单字节指令，占用最少的程序空间，且多数指令为单周期执行，执行时间短。77%的指令是单字节单周期，提高了代码和I/O效率，加快了代码执行速度。
2. 单字节多功能指令：采用许多单字节多功能指令，一个指令可完成多个功能，如DRSZ、DCOR、JID、LD（加载）和X（交换）等指令，还支持后递增和后递减操作，甚至可同时执行多达三个功能。
3. 位级控制：对微控制器的许多I/O端口提供位级控制，可灵活设置、复位和测试数据内存地址空间中的任何单个位，包括内存映射I/O端口和相关寄存器，有助于简化布局并节省电路板空间。
4. 寄存器集：三个内存映射指针处理寄存器间接寻址和软件堆栈指针功能，内存数据指针可在数据移动指令（LOAD/EXCHANGE）中选择后递增或后递减操作。15个内存映射寄存器可帮助设计师优化特定指令的精确实现。

四、电气特性

绝对最大额定值

参数	值
接地引脚总电流（灌电流）	200 mA
存储温度范围	-65˚C至 +140˚C
ESD保护等级	2 kV（人体模型）

不同温度范围下的电气特性

-40˚C至 +85˚C

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电压		2.7		5.5	V
电源上升时间		10		50 x 10^6	ns
电源纹波	峰 - 峰			0.1 VCC	V
电源电流	CKI = 10 MHz, VCC = 5.5V, tC = 0.5 µs			11.5	mA
	CKI = 3.33 MHz, VCC = 4.5V, tC = 1.5 µs			5	mA
HALT电流（禁用BOR）	VCC = 5.5V, CKI = 0 MHz		< 2	10	µA
空闲电流	CKI = 3.33 MHz, VCC = 4.5V, tC = 1.5 µs			0.8	mA
编程时电源电流	VCC = 5.0V, tC = 0.5 µs		26		mA
输入电平	逻辑高	0.8 VCC			V
	逻辑低			0.16 VCC	V
内部偏置电阻		0.3	1.0	2.5	MΩ
高阻输入泄漏电流	VCC = 5.5V	-0.5		+0.5	µA
输入上拉电流	VCC = 5.5V, VIN = 0V	-50		-210	µA
端口输入滞后		0.25 VCC			V
输出电流	B0 - B3输出（弱上拉模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-10			µA
		VCC = 2.7V, VOH = 1.8V	-5			µA
	B0 - B3输出（推挽模式）	VCC = 4.5V, VOH = 4.2V	-10			mA
		VCC = 2.7V, VOH = 2.4V	-6			mA
	B0 - B3输出（推挽模式，灌电流）	VCC = 4.5V, VOL = 0.3V	10			mA
		VCC = 2.7V, VOL = 0.3V	6			mA
	其他引脚（弱上拉模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-10			µA
		VCC = 2.7V, VOH = 1.8V	-5			µA
	其他引脚（推挽模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-7			mA
		VCC = 2.7V, VOH = 1.8V	-4			mA
	其他引脚（推挽模式，灌电流）	VCC = 4.5V, VOL = 1.0V	10			mA
		VCC = 2.7V, VOL = 0.4V	3.5			mA
	允许的每引脚灌电流和拉电流				20	mA（B0 - B3）
					15	mA（其他）
三态泄漏电流	VCC = 5.5V	-0.5		+0.5	µA
无闩锁最大输入电流				± 200	mA
RAM保留电压（HALT模式）		2.0			V
输入电容				7	pF
强制从引导ROM执行的G6电压	G6上升时间必须慢于100 ns	2 x VCC		VCC + 7	V
G6上升时间		100			ns
G6输入电流（输入 > VCC）	VIN = 11V, VCC = 5.5V		500		µA
闪存数据保留时间	25˚C		100		年
闪存擦除/写入周期数			10^5		周期

-40˚C至 +125˚C

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电压		4.5		5.5	V
电源上升时间		10		50 x 10^6	ns
电源纹波	峰 - 峰			0.1 VCC	V
电源电流	CKI = 10 MHz, VCC = 5.5V, tC = 0.5 µs			12.4	mA
	CKI = 3.33 MHz, VCC = 4.5V, tC = 1.5 µs			5.5	mA
HALT电流（禁用BOR）	VCC = 5.5V, CKI = 0 MHz		< 4	40	µA
空闲电流	CKI = 10 MHz, VCC = 5.5V, tC = 0.5 µs			1.9	mA
编程时电源电流	VCC = 5.0V, tC = 0.5 µs		26		mA
输入电平	逻辑高	0.8 VCC			V
	逻辑低			0.16 VCC	V
内部偏置电阻		0.3	1.0	2.5	MΩ
高阻输入泄漏电流	VCC = 5.5V	-3		+3	µA
输入上拉电流	VCC = 5.5V, VIN = 0V	-40		-250	µA
端口输入滞后		0.25 VCC			V
输出电流	B0 - B3输出（弱上拉模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-9			µA
	B0 - B3输出（推挽模式）	VCC = 4.5V, VOH = 4.2V	-9			mA
	B0 - B3输出（推挽模式，灌电流）	VCC = 4.5V, VOL = 0.3V	9			mA
	其他引脚（弱上拉模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-9			µA
	其他引脚（推挽模式）	VCC = 4.5V, VOH = 3.8V	-6.3			mA
	其他引脚（推挽模式，灌电流）	VCC = 4.5V, VOL = 1.0V	9			mA
	允许的每引脚灌电流和拉电流				15	mA（B0 - B3）
					12	mA（其他）
三态泄漏电流	VCC = 5.5V	-3		+3	µA
无闩锁最大输入电流				± 200	mA
RAM保留电压（HALT模式）		2.0			V
输入电容				7	pF
强制从引导ROM执行的G6电压	G6上升时间必须慢于100 ns	2 x VCC		VCC + 7	V
G6上升时间		100			ns
G6输入电流（输入 > VCC）	VIN = 11V, VCC = 5.5V		500		µA

A/D转换器电气特性

-40˚C至 +85˚C

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
分辨率				10	位
DNL	VCC = 5V			± 1	LSB
DNL	VCC = 3V			± 1	LSB
INL	VCC = 5V			± 2	LSB
INL	VCC = 3V			± 4	LSB
偏移误差	VCC = 5V			± 1.5	LSB
偏移误差	VCC = 3V			± 2.5	LSB
增益误差	VCC = 5V			± 1.5	LSB
增益误差	VCC = 3V			± 2.5	LSB
输入电压范围	2.7V ≤ VCC < 5.5V	0		VCC	V
模拟输入泄漏电流				0.5	µA
模拟输入电阻				6k	Ω
模拟输入电容				7	pF
转换时钟周期	4.5V ≤ V