深入剖析Renesas 3803 Group (Spec.L)單芯片8位CMOS微計(jì)算機(jī)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微計(jì)算機(jī)的性能和特性對(duì)于產(chǎn)品的功能和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。今天，我們將深入剖析Renesas 3803 Group (Spec.L)單芯片8位CMOS微計(jì)算機(jī)，帶大家了解它的各個(gè)方面。

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一、公司合并說(shuō)明

在開(kāi)始介紹產(chǎn)品之前，先說(shuō)明一下公司背景。2010年4月1日，NEC Electronics Corporation與Renesas Technology Corporation合并，Renesas Electronics Corporation接管了兩家公司的所有業(yè)務(wù)。所以，即便文檔中可能還保留舊公司名稱，但它實(shí)際上是有效的Renesas Electronics文檔。

二、產(chǎn)品概述

（一）產(chǎn)品定位

3803 Group (Spec.L)是基于740家族核心技術(shù)的8位微計(jì)算機(jī)，專為家用產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及需要模擬信號(hào)處理的控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，集成了A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。

（二）主要特性

1. 指令系統(tǒng)：擁有71條基本機(jī)器語(yǔ)言指令，最小指令執(zhí)行時(shí)間在16.8 MHz振蕩頻率下可達(dá)0.24 μs。
2. 存儲(chǔ)容量：在16.8 MHz振蕩頻率下，Mask ROM/Flash memory為60 K bytes，RAM為2048 bytes。
3. 輸入輸出端口：具備56個(gè)可編程輸入輸出端口，還內(nèi)置軟件上拉電阻。
4. 中斷與定時(shí)器：有21個(gè)中斷源，16個(gè)向量；定時(shí)器包括1個(gè)16位定時(shí)器和多個(gè)8位定時(shí)器。
5. 通信接口：提供多種串行接口，如8位×2（UART或時(shí)鐘同步），還有PWM功能。
6. A/D與D/A轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換器為10位×16通道，D/A轉(zhuǎn)換器為8位×2通道。
7. 其他特性：內(nèi)置時(shí)鐘生成電路，具有看門狗定時(shí)器和LED直接驅(qū)動(dòng)端口。

（三）電源與功耗

不同模式下電源電壓和功耗有所不同，例如在高速模式下，Mask ROM版本在16.8 MHz振蕩頻率時(shí)，電源電壓為4.5 - 5.5 V，功耗約40 mW；Flash memory版本在相同條件下，電源電壓為4.5 - 5.5 V，功耗約27.5 mW。

（四）封裝形式

提供多種封裝選擇，如SP（PRDP0064BA - A）、HP（PLQP0064KB - A）、KP（PLQP0064GA - A）和WG（PTLG0064JA - A）。

三、功能模塊詳解

（一）中央處理器（CPU）

采用標(biāo)準(zhǔn)740 Family指令集，包含累加器、索引寄存器、堆棧指針等寄存器。處理器狀態(tài)寄存器（PS）包含多個(gè)標(biāo)志位，用于指示處理器狀態(tài)和控制MCU操作。CPU模式寄存器（CPUM）可控制堆棧頁(yè)面選擇、內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘等。

（二）存儲(chǔ)器

1. 特殊功能寄存器（SFR）區(qū)域：零頁(yè)包含控制寄存器，如I/O端口和定時(shí)器。
2. RAM：用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和子程序調(diào)用、中斷的堆棧區(qū)域。
3. ROM：前128字節(jié)和最后2字節(jié)為保留區(qū)域，在Flash memory版本中可進(jìn)行編程/擦除。
4. 中斷向量區(qū)域：包含復(fù)位和中斷向量。
5. 零頁(yè)和特殊頁(yè)：可通過(guò)特定尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。

（三）I/O端口

I/O端口具有方向寄存器，可單獨(dú)設(shè)置每個(gè)引腳的輸入/輸出方向。通過(guò)設(shè)置端口上拉控制寄存器，可對(duì)端口進(jìn)行上拉控制。

（四）中斷系統(tǒng)

該微計(jì)算機(jī)的中斷為向量中斷，具有固定優(yōu)先級(jí)方案，由21個(gè)源中的16個(gè)源產(chǎn)生。中斷請(qǐng)求的接受由中斷請(qǐng)求位、中斷使能位和中斷禁用標(biāo)志控制。

（五）定時(shí)器

1. 8位定時(shí)器：包括定時(shí)器1、定時(shí)器2、定時(shí)器X和定時(shí)器Y，每個(gè)定時(shí)器和預(yù)分頻器都有相應(yīng)的鎖存器。
2. 16位定時(shí)器（定時(shí)器Z）：可選擇多種操作模式，如定時(shí)器模式、事件計(jì)數(shù)器模式、脈沖輸出模式等。

（六）串行接口

提供串行I/O1、串行I/O2和串行I/O3，可選擇時(shí)鐘同步或異步（UART）模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（七）PWM功能

具有8位分辨率的PWM功能，可通過(guò)PWM預(yù)分頻器設(shè)置周期，通過(guò)PWM寄存器設(shè)置輸出脈沖的“H”期。

（八）A/D轉(zhuǎn)換器

為逐次逼近型，可選擇8位或10位A/D模式，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在AD轉(zhuǎn)換寄存器中。

（九）D/A轉(zhuǎn)換器

有兩個(gè)8位分辨率的內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器（DA1和DA2），通過(guò)設(shè)置DA轉(zhuǎn)換寄存器的值進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。

（十）看門狗定時(shí)器

用于在程序出現(xiàn)異常時(shí)返回復(fù)位狀態(tài)，由8位看門狗定時(shí)器L和8位看門狗定時(shí)器H組成。

（十一）復(fù)位電路

通過(guò)將RESET引腳保持在“L”電平16個(gè)XIN周期以上，然后返回“H”電平來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

（十二）時(shí)鐘生成電路

內(nèi)置主時(shí)鐘XIN - XOUT振蕩電路和子時(shí)鐘XCIN - XCOUT振蕩電路，可通過(guò)CPU模式寄存器選擇不同的時(shí)鐘模式。

（十三）Flash存儲(chǔ)器模式

Flash memory版本具有可通過(guò)單電源重寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器，提供并行I/O、標(biāo)準(zhǔn)串行I/O和CPU重寫(xiě)三種模式。

四、使用注意事項(xiàng)

（一）編程相關(guān)

1. 處理器狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位在復(fù)位后需初始化，特別是T和D標(biāo)志。
2. 執(zhí)行十進(jìn)制計(jì)算時(shí)，需設(shè)置十進(jìn)制模式標(biāo)志（D），并注意狀態(tài)標(biāo)志的有效性。
3. 使用JMP指令時(shí)，避免在間接尋址模式下指定頁(yè)面的最后地址作為間接地址。
4. 乘法和除法指令不受索引X模式（T）和十進(jìn)制模式（D）標(biāo)志的影響。
5. 端口方向寄存器不能使用某些指令進(jìn)行操作，需使用LDM和STA等指令進(jìn)行設(shè)置。

（二）抗干擾措施

1. 縮短RESET引腳和時(shí)鐘輸入/輸出引腳的布線長(zhǎng)度，連接旁路電容以穩(wěn)定系統(tǒng)操作。
2. 選擇合適的振蕩器和振蕩電路常數(shù)，避免振蕩器受到其他信號(hào)的影響。
3. 降低模擬輸入信號(hào)源的阻抗，或添加平滑電容以提高A/D轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性。

（三）各功能模塊注意事項(xiàng)

1. I/O端口在待機(jī)狀態(tài)下需避免輸入電平“未定義”，修改輸出數(shù)據(jù)時(shí)需注意位管理指令的影響。
2. 中斷相關(guān)寄存器設(shè)置改變時(shí)，需按特定順序操作以避免中斷請(qǐng)求位誤置。
3. 定時(shí)器切換計(jì)數(shù)源時(shí)，需先選擇計(jì)數(shù)源再設(shè)置預(yù)分頻器和定時(shí)器的值。
4. 串行接口在不同模式下停止傳輸和接收操作時(shí)，需按規(guī)定設(shè)置相關(guān)使能位。
5. PWM啟動(dòng)時(shí)會(huì)先輸出“L”電平，其長(zhǎng)度與預(yù)分頻器的值和計(jì)數(shù)源選擇位有關(guān)。
6. A/D轉(zhuǎn)換器使用時(shí)需確保信號(hào)源阻抗低，時(shí)鐘頻率滿足要求。
7. D/A轉(zhuǎn)換器使用時(shí)建議VCC為4.0 V或以上，不使用時(shí)設(shè)置DA轉(zhuǎn)換寄存器為“0016”。
8. 看門狗定時(shí)器在停止釋放期間需確保不溢出，STP指令禁用位設(shè)置為“1”后不可通過(guò)程序切換為“0”。
9. RESET引腳信號(hào)上升時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，需連接陶瓷電容，并注意布線長(zhǎng)度。
10. 低速操作模式下使用子時(shí)鐘需穩(wěn)定振蕩，切換模式時(shí)需確保XIN和XCIN振蕩穩(wěn)定。
11. Flash memory版本的CPU重寫(xiě)模式有操作速度、指令使用、中斷使用等方面的限制。

五、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓、輸入電壓、輸出電壓、功耗、工作溫度和存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的限制。

（二）推薦工作條件

不同模式下對(duì)電源電壓、輸入電壓、時(shí)鐘頻率等有不同的要求。

（三）電氣特性

涵蓋輸出電壓、輸入電流、電源電流等參數(shù)。

（四）A/D和D/A轉(zhuǎn)換器特性

包括分辨率、絕對(duì)精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)。

（五）定時(shí)要求和開(kāi)關(guān)特性

規(guī)定了各種信號(hào)的脈沖寬度、周期時(shí)間等參數(shù)。

六、封裝信息

提供了不同封裝形式的詳細(xì)尺寸和質(zhì)量信息，可在Renesas Technology網(wǎng)站的“Packages”部分獲取最新的封裝尺寸和安裝信息。

Renesas 3803 Group (Spec.L)單芯片8位CMOS微計(jì)算機(jī)具有豐富的功能和特性，但在使用過(guò)程中需要注意各種細(xì)節(jié)，以確保其穩(wěn)定可靠地工作。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到任何問(wèn)題，歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。