深入剖析Z80C30/Z85C30 CMOS SCC串行通信控制器

在當(dāng)今的電子通信領(lǐng)域，串行通信控制器扮演著至關(guān)重要的角色。Zilog公司的Z80C30和Z85C30 CMOS SCC（Serial Communications Controller）串行通信控制器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入剖析這款控制器，了解它的特點(diǎn)、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

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一、產(chǎn)品概述

Z80C30和Z85C30是Zilog公司推出的與引腳和軟件兼容的CMOS成員，屬于SCC家族。它們是雙通道、多協(xié)議數(shù)據(jù)通信外設(shè)，能夠輕松與具有復(fù)用或非復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的CPU接口。這兩款控制器采用先進(jìn)的CMOS工藝，具有低功耗、高性能和出色的抗噪聲能力。其內(nèi)部寄存器的編程靈活性使得SCC能夠配置用于各種串行通信應(yīng)用。

1.1 主要特性

• 優(yōu)化設(shè)計(jì)：Z85C30針對(duì)非復(fù)用總線微處理器進(jìn)行了優(yōu)化，而Z80C30則針對(duì)復(fù)用總線微處理器進(jìn)行了優(yōu)化。
• 雙獨(dú)立通道：擁有兩個(gè)獨(dú)立的0至4.1 Mbps全雙工通道，每個(gè)通道都有單獨(dú)的晶體振蕩器、波特率發(fā)生器（BRG）和數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）用于時(shí)鐘恢復(fù)。
• 多協(xié)議操作：在程序控制下支持多協(xié)議操作，可進(jìn)行NRZ、NRZI或FM數(shù)據(jù)編碼編程。
• 異步和同步模式：支持異步模式（每個(gè)字符5至8位，1、1.5或2個(gè)停止位，可編程時(shí)鐘因子，中斷檢測(cè)和生成，奇偶校驗(yàn)、溢出和幀錯(cuò)誤檢測(cè)）和同步模式（內(nèi)部或外部字符同步，CRC生成和檢查）。
• SDLC/HDLC模式：具備全面的幀級(jí)控制，自動(dòng)零插入和刪除，I字段殘差處理，中止生成和檢測(cè)，CRC生成和檢查，以及SDLC循環(huán)。
• 其他特性：軟件中斷確認(rèn)功能、本地回環(huán)和自動(dòng)回顯模式、支持T1數(shù)字干線、增強(qiáng)的DMA支持等。

1.2 Z85C30的獨(dú)特特性

Z85C30除了具備上述通用特性外，還有一些獨(dú)特的功能。例如，新的可編程寫(xiě)寄存器7 prime（WR7）可啟用新功能；在支持同步通信的SDLC模式方面有改進(jìn)，包括改善功能以方便發(fā)送連續(xù)幀、自動(dòng)SDLC打開(kāi)標(biāo)志傳輸、自動(dòng)Tx欠載/EOM鎖存復(fù)位等；改進(jìn)了AC時(shí)序，如3至3.6 PCLK訪問(wèn)恢復(fù)時(shí)間、可編程DTR/REQ時(shí)序等。

二、引腳描述

2.1 通用引腳

Z85C30和Z80C30有一些通用的引腳，這些引腳在不同的功能中發(fā)揮著重要作用。

• CTSA, CTSB：清除發(fā)送（輸入，低電平有效）。如果這些引腳被編程為自動(dòng)啟用功能，輸入低電平將啟用相應(yīng)的發(fā)送器。否則，可作為通用輸入。
• DCDA, DCDB：數(shù)據(jù)載波檢測(cè)（輸入，低電平有效）。如果編程為自動(dòng)啟用，這些引腳可作為接收器使能。否則，用作通用輸入引腳。
• DTR/REQA, DTR/REQB：數(shù)據(jù)終端就緒/請(qǐng)求（輸出，低電平有效）。這些輸出跟隨DTR位的編程狀態(tài)，也可作為通用輸出或DMA控制器的請(qǐng)求線。
• INT：中斷請(qǐng)求（輸出，開(kāi)漏，低電平有效）。當(dāng)SCC請(qǐng)求中斷時(shí)，該信號(hào)激活。
• INTACK：中斷確認(rèn)（輸入，低電平有效）。該信號(hào)表示活動(dòng)的中斷確認(rèn)周期。

2.2 特定引腳

Z85C30和Z80C30也有各自特定的引腳。

• Z85C30：包括A/B（通道選擇）、CE（芯片使能）、D7 - D0（數(shù)據(jù)總線）、D/C（數(shù)據(jù)/控制選擇）、RD（讀取）、WR（寫(xiě)入）等引腳。
• Z80C30：包括AD7 - AD0（地址/數(shù)據(jù)總線）、AS（地址選通）、CS0（芯片選擇0）、CS1（芯片選擇1）、DS（數(shù)據(jù)選通）、R/W（讀取/寫(xiě)入）等引腳。

三、功能描述

3.1 I/O接口能力

系統(tǒng)與SCC設(shè)備的通信通過(guò)SCC的寄存器組進(jìn)行。有十六個(gè)寫(xiě)寄存器和八個(gè)讀寄存器，分別用WR和RR表示。這些寄存器用于配置SCC的各種功能，如CRC初始化、中斷向量設(shè)置、波特率發(fā)生器時(shí)間常數(shù)設(shè)置等。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸方法

SCC支持三種數(shù)據(jù)傳輸方法：

• 輪詢：所有中斷被禁用，CPU定期讀取狀態(tài)寄存器，根據(jù)寄存器內(nèi)容決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
• 中斷：支持向量和嵌套中斷。當(dāng)SCC響應(yīng)CPU的中斷確認(rèn)信號(hào)時(shí)，可將中斷向量放置在數(shù)據(jù)總線上。不同類型的中斷（發(fā)送、接收、外部/狀態(tài)中斷）具有不同的優(yōu)先級(jí)。
• CPU/DMA塊傳輸：SCC提供塊傳輸模式，可與CPU塊傳輸功能和DMA控制器配合使用。WAIT/REQUEST輸出可根據(jù)軟件控制定義為WAIT線或REQUEST線。

3.3 數(shù)據(jù)通信能力

SCC提供兩個(gè)獨(dú)立的全雙工可編程通道，可用于任何常見(jiàn)的異步或同步數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

• 異步模式：每個(gè)通道可獨(dú)立發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個(gè)字符5至8位，可選奇偶校驗(yàn)，發(fā)送器可提供1、1.5或2個(gè)停止位，并可隨時(shí)提供中斷輸出。接收器具有瞬態(tài)尖峰抑制機(jī)制，可檢測(cè)幀錯(cuò)誤和溢出錯(cuò)誤。
• 同步模式：支持字節(jié)和位導(dǎo)向的同步通信，可進(jìn)行字符同步，CRC檢查可延遲一個(gè)字符時(shí)間。支持CRC - 16和CCITT錯(cuò)誤檢查多項(xiàng)式。
• SDLC模式：支持同步位導(dǎo)向協(xié)議，如SDLC和HDLC，可自動(dòng)發(fā)送標(biāo)志、插入零和生成CRC。
• SDLC循環(huán)模式：在SDLC循環(huán)中，SCC可作為從站，監(jiān)聽(tīng)并轉(zhuǎn)發(fā)消息。

3.4 其他功能

• 波特率發(fā)生器：每個(gè)通道包含一個(gè)可編程的波特率發(fā)生器，由兩個(gè)8位時(shí)間常數(shù)寄存器、一個(gè)16位遞減計(jì)數(shù)器和一個(gè)輸出觸發(fā)器組成。
• 數(shù)字鎖相環(huán)：用于從NRZI或FM編碼的數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘信息。
• 數(shù)據(jù)編碼：可對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行NRZ、NRZI、FM1、FM0等編碼和解碼。
• 自動(dòng)回顯和本地回環(huán)：SCC能夠自動(dòng)回顯接收到的所有數(shù)據(jù)，也支持本地回環(huán)模式。
• SDLC FIFO幀狀態(tài)FIFO增強(qiáng)：通過(guò)10深×19位寬的狀態(tài)FIFO，可提高SCC接收高速連續(xù)SDLC幀的能力。

四、編程與定時(shí)

4.1 編程

SCC的每個(gè)通道都包含寫(xiě)寄存器，可通過(guò)系統(tǒng)分別編程以配置通道的功能。Z85C30和Z80C30的編程方式略有不同。

• Z85C30：數(shù)據(jù)寄存器可通過(guò)選擇D / $\overline{C}$引腳的高電平直接尋址，其他寄存器的編程需要兩次寫(xiě)操作和一次讀操作。
• Z80C30：所有SCC寄存器可直接尋址，WR0B中的命令控制SCC如何解碼地址/數(shù)據(jù)總線上的地址。

4.2 定時(shí)

SCC從$\overline{WR}$和$\overline{RD}$（Z85C30）或$\overline{AS}$和$\overline{DS}$（Z80C30）生成與PCLK相關(guān)的內(nèi)部控制信號(hào)。由于PCLK與這些信號(hào)沒(méi)有相位關(guān)系，因此電路需要提供時(shí)間讓亞穩(wěn)態(tài)條件消失，從而產(chǎn)生與PCLK相關(guān)的恢復(fù)時(shí)間。不同的操作（讀周期、寫(xiě)周期、中斷確認(rèn)周期）有不同的定時(shí)要求。

五、電氣特性

5.1 絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了器件的最大應(yīng)力限制，如Vcc電源電壓范圍（ - 0.3 V至 + 7.0 V）、所有引腳相對(duì)于GND的電壓范圍（ - 3 V至VCC + 0.3 V）、工作環(huán)境溫度和存儲(chǔ)溫度等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

5.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件

DC特性和電容部分適用于特定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，所有電壓參考GND，正電流流入?yún)⒖家_。

5.3 電容

列出了輸入、輸出和雙向電容的參數(shù)。

5.4 DC特性

包括輸入高電壓、輸入低電壓、輸出高電壓、輸出低電壓、輸入泄漏、輸出泄漏、Vcc電源電流等參數(shù)。

5.5 AC特性

給出了Z85C30和Z80C30的讀/寫(xiě)定時(shí)、中斷確認(rèn)定時(shí)、復(fù)位定時(shí)等參數(shù)。

六、封裝與訂購(gòu)信息

6.1 封裝

Z80C30和Z85C30提供40引腳DIP封裝和44引腳PLCC封裝。文檔中給出了這兩種封裝的詳細(xì)尺寸圖和尺寸參數(shù)。

6.2 訂購(gòu)信息

提供了不同頻率（8 MHz、10 MHz、16 MHz）下Z80C30和Z85C30的訂購(gòu)型號(hào)。同時(shí)，介紹了Zilog零件編號(hào)的組成，如Z80C3016PSG表示Z80C30，16 MHz，PLCC，0o C至 + 70o C，無(wú)鉛。

使用注意事項(xiàng)

7.1 生命支持系統(tǒng)限制

Zilog明確指出，其產(chǎn)品未經(jīng)公司總裁和總法律顧問(wèn)的事先書(shū)面批準(zhǔn)，不得用于生命支持設(shè)備或系統(tǒng)的關(guān)鍵組件中。這是為了確保產(chǎn)品在高可靠性要求的應(yīng)用中的安全性。

7.2 文檔信息準(zhǔn)確性

文檔中關(guān)于器件、應(yīng)用或技術(shù)的信息僅用于建議可能的用途，可能會(huì)被取代。Zilog不承擔(dān)對(duì)文檔中信息、器件或技術(shù)的準(zhǔn)確性的責(zé)任，也不承擔(dān)與使用這些信息、器件或技術(shù)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)責(zé)任。

7.3 中斷確認(rèn)信號(hào)處理

在某些CPU環(huán)境中，創(chuàng)建具有必要定時(shí)的INTACK信號(hào)以確認(rèn)中斷并允許中斷嵌套可能比較困難。此時(shí)，可以通過(guò)軟件命令向SCC創(chuàng)建INTACK信號(hào)。但無(wú)論使用硬件還是軟件中斷確認(rèn)周期，都需要在中斷服務(wù)程序中發(fā)出復(fù)位最高IUS命令。

7.4 引腳使用注意事項(xiàng)

當(dāng)INTACK和IEI引腳不使用時(shí)，應(yīng)通過(guò)一個(gè)電阻（典型值為10 KΩ）上拉至Vcc。在編程和使用過(guò)程中，要注意各個(gè)引腳的功能和電平要求，確保正確連接和操作。

7.5 定時(shí)參數(shù)遵守

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須嚴(yán)格遵守SCC的定時(shí)參數(shù)要求，包括讀/寫(xiě)周期、中斷確認(rèn)周期等的定時(shí)。否則，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或系統(tǒng)不穩(wěn)定。

7.6 溫度范圍考慮

要根據(jù)器件的工作環(huán)境溫度范圍進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和使用，避免超出溫度限制影響器件的性能和可靠性。

總之，Z80C30和Z85C30 CMOS SCC串行通信控制器是功能強(qiáng)大、性能卓越的通信外設(shè)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要深入了解其特性、功能和使用注意事項(xiàng)，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、高效的通信系統(tǒng)。你在使用這款控制器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。