COP8TAB9/TAC9 8位CMOS閃存微控制器：特性與應(yīng)用解析

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器扮演著至關(guān)重要的角色。National Semiconductor推出的COP8TAB9/TAC9 8位CMOS閃存微控制器，憑借其豐富的特性和出色的性能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。本文將對(duì)該微控制器進(jìn)行詳細(xì)的解析，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 總體描述

COP8TAB9/TAC9閃存微控制器是高度集成的COP8?特性核心設(shè)備，具備2k或4k閃存內(nèi)存以及一系列先進(jìn)特性。這些單芯片CMOS設(shè)備適用于需要全功能、系統(tǒng)內(nèi)可重編程控制器，且對(duì)內(nèi)存有適度要求和低電磁干擾（EMI）的應(yīng)用場景。同時(shí)，該系列還開發(fā)了掩膜ROM設(shè)備（COP8TAB5/TAC5），除了啟動(dòng)ROM和閃存內(nèi)存以及相關(guān)特性（如系統(tǒng)內(nèi)編程和可重編程性）外，提供相同的功能。

2.2 產(chǎn)品參數(shù)

三、特性亮點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵特性

• 閃存程序內(nèi)存：具備2k字節(jié)或4k字節(jié)的閃存程序內(nèi)存，具有安全特性，以512字節(jié)頁面組織，可單獨(dú)擦除或?qū)懭搿?/li>
• RAM：128字節(jié)的易失性RAM。
• 系統(tǒng)內(nèi)可編程性：2.25V - 2.75V的閃存系統(tǒng)內(nèi)可編程性。
• 高耐久性：20k次擦除/寫入周期。
• 數(shù)據(jù)保留：100年的數(shù)據(jù)保留時(shí)間。
• 振蕩器：支持15 MHz的晶體振蕩器或10MHz的集成RC振蕩器。
• 時(shí)鐘預(yù)分頻器：可根據(jù)處理需求調(diào)整功耗。
• 電源復(fù)位：具備上電復(fù)位功能。
• 電源節(jié)省模式：支持HALT/IDLE電源節(jié)省模式。
• 16位定時(shí)器：具有處理器獨(dú)立PWM模式、外部事件計(jì)數(shù)器模式和輸入捕獲模式。
• 高電流I/O：在0.4V時(shí)可提供10 mA電流。

3.2 其他特性

• 單電源操作：2.25V - 2.75V（-40?C至+85?C）。
• 低輻射設(shè)計(jì)：安靜設(shè)計(jì)，低輻射發(fā)射。
• 多輸入喚醒：支持多輸入喚醒，可選中斷。
• 串行接口：MICROWIRE/PLUS（串行外設(shè)接口兼容）和ACCESS.Bus同步串行接口（兼容I2C?和SMBus?），包括主模式和從模式，總線速度可達(dá)400KBits/Sec，具備低功耗模式和喚醒檢測功能，可選1.8V ACCESS.Bus兼容性。
• 中斷服務(wù)：八個(gè)多源向量中斷服務(wù)，包括外部中斷、空閑定時(shí)器T0、定時(shí)器（帶2個(gè)中斷）、MICROWIRE/PLUS串行外設(shè)接口、ACCESS.Bus/I2C/SMBus兼容同步串行接口、多輸入喚醒和軟件陷阱。
• 空閑定時(shí)器：可編程中斷間隔的空閑定時(shí)器。
• 堆棧指針和數(shù)據(jù)指針：8位堆棧指針SP（位于RAM中）和兩個(gè)8位寄存器間接數(shù)據(jù)內(nèi)存指針。
• 位操作：支持真正的位操作。
• 看門狗和時(shí)鐘監(jiān)控：具備看門狗和時(shí)鐘監(jiān)控邏輯。
• I/O選項(xiàng)：軟件可選I/O選項(xiàng)，包括三態(tài)輸出/高阻抗輸入、推挽輸出和弱上拉輸入。
• 施密特觸發(fā)器輸入：I/O端口具備施密特觸發(fā)器輸入。

四、架構(gòu)分析

4.1 EMI降低

COP8TAB9/TAC9設(shè)備采用了抗電磁干擾的電路設(shè)計(jì)。National的專利EMI降低技術(shù)提供了低EMI時(shí)鐘電路、漸變開啟輸出驅(qū)動(dòng)器（GTOs）和內(nèi)部Icc平滑濾波器，有助于解決嵌入式控制設(shè)計(jì)中的許多EMI問題。在設(shè)計(jì)中采用該專利電路時(shí)，可實(shí)現(xiàn)15 dB - 20 dB的EMI傳輸降低。

4.2 系統(tǒng)內(nèi)編程

設(shè)備的啟動(dòng)ROM中包含一個(gè)程序，通過MICROWIRE/PLUS串行接口提供擦除、編程和讀取閃存內(nèi)存內(nèi)容的能力。此外，啟動(dòng)ROM中還包含其他例程，用戶程序可以調(diào)用這些例程，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)軟件更新功能。啟動(dòng)ROM的代碼執(zhí)行取決于復(fù)位退出時(shí)選項(xiàng)寄存器中FLEX位的狀態(tài)。如果FLEX位為0，則假設(shè)閃存內(nèi)存為空，從啟動(dòng)ROM開始執(zhí)行。

4.3 真正的系統(tǒng)內(nèi)仿真

芯片上增加了仿真功能，允許用戶使用最終生產(chǎn)板和設(shè)備進(jìn)行真正的系統(tǒng)內(nèi)仿真。這簡化了在實(shí)際環(huán)境條件下軟件的測試和評(píng)估。用戶只需在最終應(yīng)用板上提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)連接器，并通過跳線繞過該連接器，就可以使用實(shí)際生產(chǎn)單元進(jìn)行軟件和硬件調(diào)試。

4.4 架構(gòu)特點(diǎn)

COP8系列基于改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，允許直接從程序內(nèi)存訪問數(shù)據(jù)表。這種架構(gòu)對(duì)于現(xiàn)代基于微控制器的應(yīng)用非常重要，因?yàn)槌绦騼?nèi)存通常是ROM或EPROM，而數(shù)據(jù)內(nèi)存通常是RAM。在改進(jìn)的哈佛架構(gòu)中，指令獲取和內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸可以通過兩級(jí)流水線重疊，從而在執(zhí)行當(dāng)前指令時(shí)從程序內(nèi)存中獲取下一條指令，這是馮·諾依曼單地址總線架構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)的。此外，COP8系列支持軟件堆棧方案，允許用戶進(jìn)行多次子程序調(diào)用，這在使用高級(jí)語言時(shí)非常重要。

4.5 指令集

4.5.1 關(guān)鍵指令集特性

COP8系列的指令集具有獨(dú)特的組合，為設(shè)計(jì)人員提供了最佳的代碼效率和程序內(nèi)存利用率。

4.5.2 單字節(jié)/單周期代碼執(zhí)行

大多數(shù)指令為單字節(jié)指令，占用的程序空間最小。同時(shí)，大多數(shù)指令為單周期執(zhí)行，執(zhí)行時(shí)間最短。實(shí)際上，77%的指令是單字節(jié)單周期指令，提供了更高的代碼和I/O效率以及更快的代碼執(zhí)行速度。

4.5.3 單字節(jié)多功能指令

COP8指令集使用了許多單字節(jié)多功能指令，一個(gè)指令可以完成多個(gè)功能，如DRSZ、DCOR、JID、LD（加載）和X（交換）指令，具有后遞增和后遞減功能。例如，JID指令可以解碼外部事件并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)例程；LAID指令可以從程序內(nèi)存高效地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://m.brongaenegriffin.com/v/tag/132/" target="_blank">CPU；RETSK指令允許從子程序返回并跳過下一條指令；AUTOINC/DEC指令使用兩個(gè)內(nèi)存指針B和X來高效處理數(shù)據(jù)塊。

五、訂購信息

5.1 部件編號(hào)方案

5.2 注意事項(xiàng)

在使用COP8TAx9閃存設(shè)備進(jìn)行開發(fā)，后續(xù)要生產(chǎn)COP8TAx5 ROM設(shè)備的應(yīng)用時(shí)，用戶需要注意確保代碼中不包含對(duì)啟動(dòng)ROM功能的調(diào)用。因?yàn)殚W存和ROM設(shè)備并非100%相同，ROM設(shè)備中JSRB指令的執(zhí)行方式與閃存設(shè)備不同。建議用戶在進(jìn)行生產(chǎn)之前獲取掩膜ROM原型設(shè)備，以確保應(yīng)用中閃存和ROM設(shè)備之間沒有意外差異。

六、總結(jié)

COP8TAB9/TAC9 8位CMOS閃存微控制器以其豐富的特性、先進(jìn)的架構(gòu)和高效的指令集，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。在低EMI設(shè)計(jì)、系統(tǒng)內(nèi)編程、仿真調(diào)試等方面都具有顯著的優(yōu)勢，適用于各種需要高性能、低功耗和可重編程的應(yīng)用場景。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)具體的需求充分發(fā)揮該微控制器的優(yōu)勢，打造出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過類似微控制器的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。