深入解析Z80230/Z85230/L增強型串行通信控制器

在電子設計的領域中，通信控制器是實現數據高效傳輸的關鍵組件。今天，我們將深入探討Zilog公司的Z80230/Z85230/L增強型串行通信控制器（ESCC），從其基本特性到實際應用，為大家進行全面剖析。

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一、產品概述與安全警示

Z80230/Z85230/L ESCC是一款功能強大的數據通信設備，可在多種協議下進行數據的收發，同時作為微處理器外設，提供了諸如向量中斷和DMA支持等實用功能。不過，需要特別注意的是，該產品未經Zilog公司總裁和總法律顧問的明確書面批準，不得用于生命支持設備或系統的關鍵組件，這是保障使用安全的重要前提。

二、引腳功能詳解

（一）引腳分組

ESCC的引腳分為七個功能組，包括地址/數據、總線定時和復位、設備控制、中斷、串行數據（雙信道）、外設控制（雙信道）以及時鐘（雙信道）。不同的總線接口版本在地址/數據組、總線定時和復位組以及設備控制組中的引腳功能有所不同。

（二）通用引腳

像CTSA、CTSB、DCDA、DCDB等引腳，既可以在特定編程模式下作為收發器使能，也能作為通用輸入引腳使用。例如，當設置為自動使能（WR3位5為1）時，CTS引腳可作為發送器使能，并且采用施密特觸發緩沖，能適應慢速上升沿輸入信號。

（三）專屬引腳

Z85230/L有D7 - D0數據總線引腳、片選引腳 $overline{CE}$ 等；Z80230則有AD7 - AD0地址/數據總線引腳、讀/寫控制引腳 $R/W$ 等。這些專屬引腳為不同的設備提供了特定的控制和數據傳輸方式。

三、功能特性深度剖析

（一）輸入/輸出能力

ESCC通過17個寫寄存器和16個讀寄存器實現與系統的通信。新增加的寫寄存器7 Prime（WR7’）可開啟多項新功能。數據的傳輸有輪詢、中斷（向量和非向量）和塊傳輸三種模式。

1. 輪詢模式：在此模式下，數據中斷被禁用。ESCC會自動更新三個寄存器，CPU通過定期讀取狀態寄存器來判斷是否需要進行數據傳輸，RR0是判斷的關鍵寄存器。
2. 中斷模式：支持向量和嵌套中斷。收發FIFO的中斷觸發填充級別可進行編程設置，以適應不同系統的中斷響應時間。在中斷響應過程中，通過INTACK信號可實現中斷優先級的管理。
3. 塊傳輸模式：該模式配合CPU或DMA控制器使用。WAIT/REQUEST輸出可根據不同模式定義為WAIT線或REQUEST線，實現數據的高效傳輸。

（二）數據通信能力

ESCC具備兩個獨立的全雙工可編程通道，能支持多種異步和同步數據通信協議。

1. 異步模式：相較于標準串行通信控制器（SCC）有顯著改進，更深的數據FIFO可有效防止數據下溢和溢出，提高總線帶寬利用率。在數據收發方面，支持5 - 8位字符，可選擇奇偶校驗，發送器能提供1、1.5或2個停止位，并具備斷點檢測功能。
2. 同步模式：支持面向字節和面向位的同步通信。在面向字節的同步協議中，可通過6位或8位同步字符、12位或16位同步模式或外部同步信號實現字符同步。同時，支持CRC - 16和CRC - CCIT兩種錯誤校驗多項式，并且可在特定情況下自動發送CRC數據。
3. SDLC模式：支持同步位導向協議，如SDLC和HDLC。能自動發送標志、插入零和生成CRC。在幀傳輸過程中，可處理突發情況，如發送中斷時的中止命令。接收器能自動同步幀頭標志，搜索指定地址幀，自動刪除插入的零，并進行CRC校驗。
4. SDLC LOOP模式：該模式下，主控制器管理消息流量，從站可在特定條件下發送消息。在此模式下，NRZ、NRZI或FM編碼均可使用。
5. SDLC狀態FIFO：一個10位深、19位寬的狀態FIFO緩沖區，可提高ESCC接收高速連續SDLC幀的能力，使DMA能持續將數據傳輸到內存，CPU可后續檢查消息狀態。

（三）增強特性

1. 4字節發送FIFO緩沖區：具備可編程的中斷和DMA請求級別，可根據需要設置發送緩沖區為空（TBE）中斷和DMA請求的觸發條件，提高系統響應的靈活性。
2. 8字節接收FIFO：同樣具有可編程的中斷級別，能根據不同的應用場景靈活設置中斷觸發條件，減少中斷頻率，提高系統效率。
3. 寫寄存器7 PRIME（WR7’）：新增的寄存器可開啟六項新功能，包括擴展讀取使能、發送FIFO中斷級別設置、DTR/REQ定時模式設置等，為ESCC的編程提供了更多的靈活性。
4. 其他增強特性：如SDLC模式下的CRC接收改進、TxD強制高電平功能、改進的發送中斷處理、DPLL計數器發送時鐘源功能等，都進一步提升了ESCC的性能和穩定性。

四、編程與初始化要點

（一）編程方式

Z85230/L的可編程數據FIFO可通過D/C引腳選擇直接訪問。編程寫寄存器通常需要兩次寫操作，讀取讀寄存器則需要一次寫和一次讀操作。Z80230的寄存器可直接尋址，通過WR0B命令確定地址解碼方式。

（二）初始化步驟

軟件首先要發出一系列命令來初始化基本操作模式，然后根據所選模式進一步設置具體條件。例如在異步模式下，需要先設置字符長度、時鐘速率、停止位數量和奇偶校驗等，再設置中斷模式，最后啟用接收器和發送器。

五、電氣特性與接口時序

（一）電氣特性

ESCC規定了絕對最大額定值，包括電源電壓范圍、引腳電壓范圍、工作環境溫度和存儲溫度等。同時，詳細說明了標準測試條件、電容參數、直流特性和交流特性，這些參數是確保ESCC正常工作的重要依據。

（二）接口時序

不同型號的ESCC在寫周期、讀周期和中斷響應周期的時序有所不同。例如，Z80230使用 $overline{AS}$ 和 $overline{DS}$ 信號控制總線事務，而Z85230/L則通過 $overline{WR}$ 和 $overline{RD}$ 信號生成內部控制信號。在實際應用中，必須嚴格按照這些時序要求進行設計，以確保系統的穩定性。

六、常見問題與解決方案

ESCC目前存在一些已知的問題，如IUS問題、RTS問題、自動TxD強制高電平問題、SDLC FIFO溢出問題、默認RR0和RR10值問題以及CRC問題等。針對這些問題，文檔中都提供了相應的解決方案，如采用替代操作模式、利用菊花鏈結構、檢查特定寄存器等方法，幫助工程師解決實際應用中遇到的問題。

七、總結與展望

Z80230/Z85230/L ESCC以其豐富的功能和強大的性能，在數據通信領域具有廣泛的應用前景。通過深入了解其引腳功能、工作模式、編程方法和電氣特性，工程師可以更好地利用這款控制器，設計出高效、穩定的數據通信系統。同時，對于已知問題的解決方案也為實際應用提供了有力的保障。在未來的電子設計中，ESCC有望繼續發揮重要作用，為更多的應用場景提供支持。

大家在使用Z80230/Z85230/L ESCC的過程中，是否也遇到過一些獨特的問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。