深入剖析SERCON816：SERCOS接口控制器的技術探秘

在工業控制系統的實時通信領域，SERCOS接口發揮著至關重要的作用。而SERCON816作為一款專門用于SERCOS接口的單芯片控制器，為工業控制帶來了高效、可靠的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款控制器。

文件下載：SERC816.pdf

一、SERCON816概述

SERCON816是一款用于SERCOS接口通信系統的集成電路。SERCOS接口是一種數字接口，適用于需要在短且固定的間隔（62.5μs到65ms）內周期性交換信息的系統之間的通信，非常適合分布式控制或測試設備的同步操作，例如驅動器和數控系統之間的連接。

一個SERCOS接口通信系統由一個主站和多個從站組成，這些單元通過光纖環連接，光纖環從主站開始并結束于主站。從站會再生和轉發接收到的數據，或者發送自己的報文。通過這種方式，主站發送的報文可以被所有從站接收，而主站也能接收來自從站的數據報文，光纖的使用保證了高速可靠的數據傳輸和出色的抗干擾能力。

SERCON816集成了SERCOS接口的所有硬件相關功能，大大降低了硬件成本和微處理器的計算時間需求，它是光電接收器、發射器和執行控制算法的微處理器之間的直接連接。該芯片既可以用于SERCOS接口的主站，也可以用于從站。

其主要功能包括：

1. 微處理器接口：具有8位或16位數據總線寬度，控制線路符合英特爾或摩托羅拉標準。
2. 串行接口：可直接與光纖環的光接收器和發射器連接，或通過驅動器與電氣環或總線連接。集成了數據和時鐘再生、環形拓撲的中繼器以及串行發射器和接收器，能對信號進行監測并生成測試信號，串行接口在無外部電路的情況下最高可運行至16Mbaud。
3. 雙端口RAM：容量為2048 * 16位，用于存儲控制和通信數據，內存組織靈活。
4. 報文處理：可自動傳輸和監控同步和數據報文，僅處理特定接口用戶的傳輸數據，傳輸數據可存儲在內部RAM（單緩沖或雙緩沖）中，也可通過直接內存訪問（DMA）進行傳輸，還能自動執行多個通信周期的服務通道信息傳輸。 此外，除了SERCOS接口，SERCON816還可用于其他實時通信任務，也支持RS - 485信號的總線拓撲結構，應用范圍廣泛。

二、引腳描述

SERCON816具有豐富的引腳，每個引腳都有其特定的功能，以下為部分重要引腳介紹：

數據與地址相關引腳

• D15 - 0：數據總線，8位總線接口通過D7 - 0讀寫數據，16位總線接口通過D15 - 0讀寫數據。當ADMUX為1時，通過D15 - 0輸入存儲在地址鎖存器中的地址。
• ALEL、ALEH：地址鎖存使能信號，僅在ADMUX為1時使用。當ALEL/ALEH為1時，信號從數據總線傳輸到地址總線；當ALEL/ALEH為0時，存儲地址。當ADMUX為0時，需連接到VDD。

  讀寫控制引腳

• RDN：讀信號，對于英特爾總線接口，RDN為0時讀取數據；對于摩托羅拉總線接口，根據BUSMODE1的值不同，RDN為0或1時進行讀寫操作。
• WRN：寫信號，對于英特爾總線接口，WRN為0時寫入數據；對于摩托羅拉總線接口，WRN用于選擇數據總線的讀（WRN = 1）和寫（WRN = 0）操作。

  其他重要引腳

• BUSYN：RAM忙信號，低電平有效。當內部報文處理與對雙端口RAM同一內存位置的訪問同時進行時，該信號有效。
• DMAREQR、DMAREQT：DMA請求接收和發送信號，高電平有效，分別在可讀取接收FIFO數據和可向發送FIFO寫入數據時激活。
• DMAACKRN、DMAACKTN：DMA確認接收和發送信號，低電平有效，分別在DMAACKRN為0和DMAACKTN為0時，獨立于A6 - 1和片選信號對接收FIFO和發送FIFO進行讀寫操作。

三、電氣特性

絕對最大額定值

推薦工作條件

電氣參數

在VDD = 5V ± 5%，環境溫度 -40°C到 +85°C的條件下，芯片具有一系列電氣參數，如輸入輸出電壓、電流、電阻、電容等。例如，低電平輸入電壓（TTL）所有輸入為0.8V，高電平輸入電壓（TTL）所有輸入為2.0V等。

功耗

在16Mbaud，MCLK = 64MHz的條件下，功耗典型值為850mW，最大允許功耗在TA = +85°C且無氣流時為1000mW。為降低功耗或避免超過最大允許功耗，可采取連接未使用引腳到上拉或下拉電阻、最小化引腳電容負載、降低SCLK和MCLK的時鐘頻率、減少對內部RAM和控制寄存器的訪問等措施。

四、控制寄存器和RAM數據結構

控制寄存器地址

控制寄存器的地址由A6 - 1輸入，為字地址，計算字節地址時需將其值乘以2。除啟動操作的控制位（W）外，所有控制寄存器均可讀寫（R/W），狀態寄存器只能讀取（R）。

RAM數據結構

• 固定含義部分：RAM的前11個字有固定含義，如0 - 1為傳輸塊0 - 1的起始位置，2 - 9為服務容器0 - 7的地址等。
• 數據結構劃分：其余部分可根據需要劃分為不同的數據結構，包括報文頭、數據容器、結束標記和服務容器。
  • 報文頭：包含5個控制字，用于存儲報文地址、數據存儲方式、有效性等信息。
  • 數據容器：由1或2個16位控制字和可變數量的數據字組成，結構取決于報文是發送還是接收。
  • 結束標記：由兩個16位字組成，用于標記最后一個報文的結束時間。
  • 服務容器：包含5個控制字和一個緩沖區，控制字的編碼根據主從模式不同而有所差異。

五、其他信息

額外規格

• 參考手冊：SERCON816的參考手冊（160頁）詳細描述了芯片的各個方面，包括引腳定義、微處理器接口、串行接口、報文處理、主從模式、控制和RAM數據結構、編程示例以及電氣和機械特性等，還介紹了與SERCON410B控制器的差異。
• SERCOS接口規范：SERCOS接口規范（IEC/EN 61491）詳細描述了傳輸介質、物理層、數據傳輸和鏈路層、協議結構和數據內容、通信階段、功能處理和錯誤處理等內容，I/O功能在單獨的文檔中描述。

  硬件和軟件組件

  全球多個供應商提供SERCON816控制器的主從例程（驅動軟件），同時還提供適用于多種計算機接口的不同電路板，包括ISA、VME、PCI和PC/104總線系統。

  工具

  針對SERCOS接口，有多種開發和測試工具可供使用，如總線監視器、配置和仿真工具以及一致性測試工具等。

SERCON816憑借其豐富的功能、靈活的配置和出色的性能，為工業控制系統的實時通信提供了強有力的支持。在實際應用中，電子工程師可以根據具體需求，合理利用其各項特性，設計出高效、可靠的工業控制系統。大家在使用SERCON816的過程中，有沒有遇到過什么獨特的問題或者有什么特別的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。