Zilog Z80C30/Z85C30 SCC：高性能串行通信控制器的深度解析

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的串行通信控制器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。Zilog的Z80C30和Z85C30 CMOS SCC（Serial Communications Controller）就是這樣兩款值得深入研究的產(chǎn)品，它們?cè)诖型ㄐ蓬I(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能和豐富的功能。

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一、產(chǎn)品概述

1.1 核心特性

Z80C30和Z85C30具有諸多令人矚目的特性。Z85C30針對(duì)非復(fù)用總線微處理器進(jìn)行了優(yōu)化，而Z80C30則更適合復(fù)用總線微處理器，并且它們與NMOS版本引腳兼容。這兩款設(shè)備都擁有兩個(gè)獨(dú)立的、速率范圍為0到4.1 Mbps的全雙工通道，每個(gè)通道都配備了單獨(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)。此外，它們支持多協(xié)議操作，可通過編程實(shí)現(xiàn)NRZ、NRZI或FM數(shù)據(jù)編碼。

1.2 異步與同步模式

在異步模式下，它們可以處理每個(gè)字符5到8位、1、1.5或2個(gè)停止位的傳輸，還具備可編程時(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)等功能。在同步模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部或外部字符同步，支持1或2個(gè)同步字符，并進(jìn)行CRC生成和校驗(yàn)，CRC預(yù)設(shè)值可以為全1或全0。

1.3 SDLC/HDLC模式

SDLC/HDLC模式是這兩款產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)，它提供了全面的幀級(jí)控制，包括自動(dòng)零插入和刪除、I字段殘差處理、中止生成和檢測(cè)、CRC生成和校驗(yàn)以及SDLC環(huán)路等功能。同時(shí)，還具備軟件中斷確認(rèn)功能、本地回環(huán)和自動(dòng)回顯模式，并且支持T1數(shù)字干線和增強(qiáng)型DMA。

1.4 Z85C30的獨(dú)特特性

Z85C30還有一些獨(dú)有的特性，例如新的可編程寫寄存器7（WR7）可以啟用新功能；在同步通信的SDLC模式下，它改進(jìn)了功能，方便發(fā)送連續(xù)幀，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)SDLC開放標(biāo)志傳輸、自動(dòng)Tx欠載/EOM鎖存復(fù)位、自動(dòng)RTS停用等功能。此外，它還改善了AC時(shí)序，具備擴(kuò)展讀取功能和鎖存RRO等特性。

二、引腳描述

2.1 通用引腳

Z80C30和Z85C30有許多通用引腳，如CTSA、CTSB（清除發(fā)送）、DCDA、DCDB（數(shù)據(jù)載波檢測(cè)）、DTR/REQA、DTR/REQB（數(shù)據(jù)終端就緒/請(qǐng)求）等。這些引腳在不同的模式下具有不同的功能，例如CTS和DCD引腳在編程為自動(dòng)啟用功能時(shí)，可以作為發(fā)送器和接收器的使能信號(hào)，同時(shí)它們還具備施密特觸發(fā)器緩沖功能，能夠適應(yīng)緩慢上升時(shí)間的輸入信號(hào)。

2.2 特定引腳

Z85C30和Z80C30也有各自特定的引腳。Z85C30的A/B引腳用于選擇通道，CE引腳用于芯片使能；而Z80C30的AD7 - AD0引腳是復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，AS引腳用于地址選通。這些引腳的設(shè)計(jì)使得兩款產(chǎn)品能夠更好地適應(yīng)不同的總線架構(gòu)。

三、功能描述

3.1 I/O接口能力

系統(tǒng)與SCC設(shè)備之間的通信是通過其寄存器組實(shí)現(xiàn)的。SCC有16個(gè)寫寄存器和8個(gè)讀寄存器，這些寄存器在數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)監(jiān)控和控制等方面發(fā)揮著重要作用。例如，通過對(duì)寫寄存器的編程，可以配置通信模式、設(shè)置中斷向量等；而讀寄存器則可以讀取傳輸/接收緩沖區(qū)狀態(tài)、特殊接收條件狀態(tài)等信息。

3.2 數(shù)據(jù)通信能力

SCC支持多種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，包括異步和同步模式。在異步模式下，它能夠獨(dú)立地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個(gè)字符可以是5到8位，并可選擇奇偶校驗(yàn)位。同時(shí)，它還具備瞬態(tài)尖峰抑制機(jī)制，能夠有效保護(hù)接收數(shù)據(jù)免受干擾。在同步模式下，支持字節(jié)和位導(dǎo)向的同步通信，能夠處理多種同步字符和CRC校驗(yàn)。

3.3 SDLC模式

SDLC模式下，SCC能夠自動(dòng)發(fā)送標(biāo)志、插入和刪除零，并生成CRC。在傳輸過程中，如果發(fā)生發(fā)送欠載情況，它可以發(fā)出外部/狀態(tài)中斷警告，還可以自動(dòng)發(fā)送中止信號(hào)。接收器能夠自動(dòng)在幀的前導(dǎo)標(biāo)志上獲取同步，并提供同步信號(hào)。

3.4 波特率發(fā)生器和數(shù)字鎖相環(huán)

每個(gè)通道都包含一個(gè)可編程的波特率發(fā)生器（BRG），它由兩個(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。通過編程時(shí)間常數(shù)寄存器，可以設(shè)置不同的波特率。數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）則用于從NRZI或FM編碼的數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘信息，為數(shù)據(jù)傳輸提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。

3.5 數(shù)據(jù)編碼和回環(huán)模式

SCC可以通過編程實(shí)現(xiàn)四種不同的串行數(shù)據(jù)編碼方法，即NRZ、NRZI、FM1和FM0。此外，它還具備自動(dòng)回顯和本地回環(huán)模式，在自動(dòng)回顯模式下，設(shè)備可以自動(dòng)回顯接收到的所有數(shù)據(jù)；在本地回環(huán)模式下，內(nèi)部發(fā)送數(shù)據(jù)與內(nèi)部接收數(shù)據(jù)相連，方便進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。

3.6 SDLC FIFO幀狀態(tài)FIFO增強(qiáng)

SCC的SDLC FIFO幀狀態(tài)FIFO增強(qiáng)功能可以提高高速連續(xù)SDLC幀的接收能力。當(dāng)啟用該功能時(shí)，它可以為DMA提供將數(shù)據(jù)繼續(xù)傳輸?shù)絻?nèi)存的能力，使得CPU可以稍后檢查消息。每個(gè)SDLC幀的14位字節(jié)計(jì)數(shù)和5個(gè)狀態(tài)/錯(cuò)誤位會(huì)被存儲(chǔ)在FIFO中，方便后續(xù)處理。

四、編程與設(shè)置

4.1 寄存器編程

Z85C30和Z80C30的寄存器編程方式有所不同。Z85C30需要通過WR0寄存器中的指針位來選擇要訪問的寄存器，而Z80C30的所有寄存器都可以直接尋址。在系統(tǒng)編程時(shí)，首先需要發(fā)出一系列命令來初始化基本操作模式，然后再根據(jù)所選模式設(shè)置具體的條件，例如在異步模式下，需要設(shè)置字符長(zhǎng)度、時(shí)鐘速率、停止位數(shù)量和奇偶校驗(yàn)等參數(shù)。

4.2 中斷模式設(shè)置

中斷模式的設(shè)置也是編程的重要環(huán)節(jié)。SCC支持向量和嵌套中斷，通過設(shè)置中斷使能位（IE）、中斷待處理位（IP）和中斷服務(wù)位（IUS），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同中斷源的控制。在中斷服務(wù)程序中，需要正確處理中斷確認(rèn)和復(fù)位操作，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

五、電氣特性

5.1 絕對(duì)最大額定值

在使用Z80C30和Z85C30時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，包括Vcc電源電壓范圍、各引腳相對(duì)于GND的電壓、工作環(huán)境溫度和存儲(chǔ)溫度等。超過這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

5.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件規(guī)定了在測(cè)量DC特性和電容時(shí)的電壓、電流和溫度等參數(shù)。所有電壓都以GND為參考，正電流流入?yún)⒖家_。在進(jìn)行電氣特性測(cè)試時(shí)，需要嚴(yán)格按照這些條件進(jìn)行操作。

5.3 電容和DC特性

文檔中列出了輸入、輸出和雙向電容的參數(shù)，以及Z80C30和Z85C30的DC特性，如輸入高電壓、輸入低電壓、輸出高電壓、輸出低電壓等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估設(shè)備的電氣性能和與其他電路的兼容性非常重要。

5.4 AC特性

AC特性主要涉及設(shè)備的時(shí)序參數(shù)，包括讀周期、寫周期和中斷確認(rèn)周期的時(shí)序。不同的工作頻率下，這些時(shí)序參數(shù)會(huì)有所不同，工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要根據(jù)具體的工作頻率選擇合適的時(shí)序參數(shù)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

六、包裝與訂購(gòu)信息

6.1 包裝形式

Z80C30和Z85C30提供了40引腳DIP和44引腳PLCC兩種包裝形式，不同的包裝形式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在選擇包裝形式時(shí)，需要考慮電路板的布局、散熱要求和焊接工藝等因素。

6.2 訂購(gòu)信息

訂購(gòu)信息中列出了不同頻率和包裝形式的產(chǎn)品型號(hào)，以及產(chǎn)品編號(hào)后綴的含義。例如，型號(hào)中的數(shù)字表示工作頻率，字母表示環(huán)境溫度范圍、包裝形式和是否為無鉛產(chǎn)品等信息。工程師在訂購(gòu)產(chǎn)品時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的型號(hào)。

七、總結(jié)與思考

Zilog的Z80C30和Z85C30 SCC是兩款功能強(qiáng)大、性能卓越的串行通信控制器，它們?cè)诙鄥f(xié)議支持、高速數(shù)據(jù)傳輸、靈活的編程和豐富的功能特性等方面表現(xiàn)出色。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，合理選擇工作模式、設(shè)置寄存器參數(shù)，并注意電氣特性和時(shí)序要求，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，對(duì)于一些復(fù)雜的功能，如SDLC模式和DMA支持，需要進(jìn)行深入的研究和測(cè)試，以充分發(fā)揮這兩款產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。你在使用類似的串行通信控制器時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)和問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。