HPC系列高性能微控制器：特性、参数与应用解析

在电子工程领域，高性能微控制器是众多项目的核心组件，它们的性能直接影响着整个系统的运行效率和稳定性。National Semiconductor推出的HPC16064/26064/36064/46064/16004/26004/36004/46004系列高性能微控制器就是其中的佼佼者。今天，我们就来深入了解一下这些微控制器的特点、参数以及应用场景。

文件下载：HPC36004V30/NOPB.pdf

一、概述

HPC46064和HPC46004是HPCTM高性能微控制器家族的成员。该家族的每个成员都拥有相同的核心CPU，但内存配置有所不同，其中HPC46004没有片上ROM，需与外部存储器配合使用。这些微控制器采用了National先进的微CMOS技术，结合先进的架构，具备快速灵活的I/O控制、高效的数据处理和高速计算能力，是单芯片的完整微型计算机，为高性能应用提供了经济高效的解决方案。

二、特性亮点

（一）架构与性能

• 16位架构：支持字节和字操作，拥有16位数据总线、ALU和寄存器，具备64k字节的外部直接内存寻址能力。
• 高速指令执行：在20.0 MHz时钟下，最快指令执行时间为200 ns；在30.0 MHz时钟下，可达到134 ns。
• 高效代码：大多数指令为单字节，还具备16x16乘法和32x16除法运算能力。

（二）中断与定时器

• 中断源丰富：拥有八个向量中断源，可及时响应各种外部事件。
• 定时器功能强大：四个16位定时器/计数器，具备4个同步输出和看门狗逻辑，可满足各种定时和计数需求。

（三）通信接口

• 串行I/O接口：配备MICROWIRE/PLUS串行I/O接口，方便与其他设备进行通信。
• UART功能：支持UART通信，可实现异步串行数据传输。

（四）低功耗设计

• 微CMOS工艺：电流消耗极低，用户可根据系统需求选择最佳的速度/功率组合。
• 节能模式：具备IDLE和HALT两种节能模式，进一步降低功耗。

（五）其他特性

• 多种封装形式：提供68 - pin PLCC、LDCC、PGA和80 - pin PQFP等多种封装，方便不同应用场景的需求。
• 温度范围广：涵盖商业（0°C至70°C）、工业（ - 40°C至85°C）和军事（ - 55°C至125°C）等不同温度范围，适应各种恶劣环境。

三、电气参数

（一）绝对最大额定值

• 电源电压：VCC相对于GND的电压范围为（VCC + 0.5）V至（GND - 0.5）V。
• 电流限制：总允许源或灌电流为100 mA。
• 温度范围：存储温度范围为 - 65°C至150°C，焊接时引脚温度（10秒）为300°C。

（二）直流电气特性

在不同的电源电压和时钟频率下，对电源电流、空闲模式电流和停止模式电流等参数进行了详细测试。例如，在VCC = 5.5V，fin = 30 MHz时，电源电流ICC1最大为65 mA；在IDLE模式下，电流ICC2最大为5 mA；在HALT模式下，当VCC = 5.5V，fin = 0 kHz时，电流ICC3最大为300 μA。

（三）交流电气特性

不同的时钟频率（20 MHz和30 MHz）下，对CKI操作频率、时钟周期、高低电平时间、各种延迟时间等参数进行了规定。例如，在20 MHz时钟频率下，CKI时钟周期为50 - 500 ns，CKI高电平时间为22.5 ns；在30 MHz时钟频率下，CKI时钟周期为33 - 500 ns，CKI高电平时间为15 ns。

四、引脚描述

（一）I/O端口

• Port A：16位双向I/O端口，访问外部存储器时用作复用地址/数据总线。
• Port B：16位端口，12位双向I/O，部分引脚有特定功能，如UART数据输出、时钟输入/输出、定时器I/O等。
• Port I：8位输入端口，可作为通用输入，还具备非屏蔽中断输入、可屏蔽中断/输入捕获等功能。
• Port D：8位输入端口，用作通用数字输入。
• Port P：4位输出端口，可作为通用数据输出，也可由定时器4 - 7控制，生成频率、占空比和脉宽调制输出。

（二）电源引脚

包括两个正电源引脚VCC1和VCC2，以及两个接地引脚GND（片上逻辑接地）和DGND（输出缓冲器接地）。

（三）时钟引脚

• CKI：芯片系统时钟输入。
• CKO：芯片系统时钟输出（CKI的反相）。
• CK2：时钟输出（CKI除以2）。

（四）其他引脚

• WO：看门狗逻辑检测到非法情况时的低电平有效开漏输出。
• ST1和ST2：总线周期状态输出。
• RESET：低电平有效输入，强制芯片重启并将端口设置为三态模式。
• RDY/HLD：由软件位选择，可作为READY输入或HOLD请求输入。
• EXM：外部存储器使能（高电平有效），禁用内部ROM并映射到外部存储器。
• EI：外部中断，可配置为第4个输入捕获。
• EXUI：外部低电平有效中断，与UART中断内部或运算。

五、连接图与端口结构

文档提供了不同封装形式的连接图，方便工程师进行电路设计。同时，详细介绍了Ports A和B的结构。Port A由数据寄存器和方向寄存器组成，Port B除了数据和方向寄存器外，还有一个备用功能寄存器，通过该寄存器可实现主要和次要功能的复用。

六、工作模式

（一）HPC46064工作模式

• 单芯片正常模式：HPC46064作为独立的微型计算机，仅访问片上内存（16k字节ROM和512字节RAM及寄存器），看门狗的“非法地址检测”功能启用，EXM引脚和PSW寄存器的EA位都为逻辑“0”时进入该模式。
• 扩展正常模式：HPC46064可访问外部存储器，同时也可访问片上ROM和RAM，看门狗的非法地址检测功能禁用，EXM引脚拉低（逻辑“0”）且PSW寄存器的EA位设置为“1”时进入该模式。

（二）HPC46004工作模式

HPC46004没有片上ROM，只能与外部存储器配合使用，EXM引脚应始终拉高（逻辑“1”），使用时需通过软件将EA位设置为“1”以禁用看门狗的“非法地址检测”功能。

七、应用思考

HPC系列高性能微控制器凭借其丰富的特性和灵活的工作模式，适用于众多领域，如工业自动化、智能家居、汽车电子等。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的工作模式和外部存储器配置，同时要注意电源管理和时钟信号的稳定性，以确保系统的可靠运行。你在使用类似微控制器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。

总之，HPC16064/26064/36064/46064/16004/26004/36004/46004系列高性能微控制器为电子工程师提供了强大的工具，能够满足各种高性能应用的需求。希望本文能帮助你更好地了解这些微控制器，为你的设计工作提供参考。