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于實現(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，它們在串行通信領(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針對非復(fù)用總線微處理器進行了優(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)備都擁有兩個獨立的、速率范圍為0到4.1 Mbps的全雙工通道，每個通道都配備了單獨的晶體振蕩器、波特率發(fā)生器（BRG）和數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL），用于時鐘恢復(fù)。此外，它們支持多協(xié)議操作，可通過編程實現(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，它們可以處理每個字符5到8位、1、1.5或2個停止位的傳輸，還具備可編程時鐘因子、中斷檢測和生成、奇偶校驗、溢出和幀錯誤檢測等功能。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個同步字符，并進行CRC生成和校驗，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，它提供了全面的幀級控制，包括自動零插入和刪除、I字段殘差處理、中止生成和檢測、CRC生成和校驗以及SDLC環(huán)路等功能。同時，還具備軟件中斷確認功能、本地回環(huán)和自動回顯模式，并且支持T1數(shù)字干線和增強型DMA。

1.4 Z85C30的獨特特性

Z85C30還有一些獨有的特性，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，它改進了功能，方便發(fā)送連續(xù)幀，實現(xiàn)了自動SDLC開放標志傳輸、自動Tx欠載/EOM鎖存復(fù)位、自動RTS停用等功能。此外，它還改善了AC時序，具備擴展讀取功能和鎖存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）、DTR/REQA、DTR/REQB（數(shù)據(jù)終端就緒/請求）等。這些引腳在不同的模式下具有不同的功能，例如CTS和DCD引腳在編程為自動啟用功能時，可以作為發(fā)送器和接收器的使能信號，同時它們還具備施密特觸發(fā)器緩沖功能，能夠適應(yīng)緩慢上升時間的輸入信號。

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現(xiàn)的。SCC有16個寫寄存器和8個讀寄存器，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，它能夠獨立地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個字符可以是5到8位，并可選擇奇偶校驗位。同時，它還具備瞬態(tài)尖峰抑制機制，能夠有效保護接收數(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。

3.3 SDLC模式

SDLC模式下，SCC能夠自動發(fā)送標志、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，還可以自動發(fā)送中止信號。接收器能夠自動在幀的前導(dǎo)標志上獲取同步，并提供同步信號。

3.4 波特率發(fā)生器和數(shù)字鎖相環(huán)

每個通道都包含一個可編程的波特率發(fā)生器（BRG），它由兩個8位時間常數(shù)寄存器、一個16位遞減計數(shù)器和一個輸出觸發(fā)器組成。通過編程時間常數(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)時鐘信息，為數(shù)據(jù)傳輸提供穩(wěn)定的時鐘信號。

3.5 數(shù)據(jù)編碼和回環(huán)模式

SCC可以通過編程實現(xiàn)四種不同的串行數(shù)據(jù)編碼方法，即NRZ、NRZI、FM1和FM0。此外，它還具備自動回顯和本地回環(huán)模式，在自動回顯模式下，設(shè)備可以自動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，方便進行調(diào)試和測試。

3.6 SDLC FIFO幀狀態(tài)FIFO增強

SCC的SDLC FIFO幀狀態(tài)FIFO增強功能可以提高高速連續(xù)SDLC幀的接收能力。當啟用該功能時，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SDLC幀的14位字節(jié)計數(shù)和5個狀態(tài)/錯誤位會被存儲在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，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)置字符長度、時鐘速率、停止位數(shù)量和奇偶校驗等參數(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），可以實現(xiàn)對不同中斷源的控制。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 絕對最大額定值

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

5.2 標準測試條件

標準測試條件規(guī)定了在測量DC特性和電容時的電壓、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_。在進行電氣特性測試時，需要嚴格按照這些條件進行操作。

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)對于評估設(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)備的時序參數(shù)，包括讀周期、寫周期和中斷確認周期的時序。不同的工作頻率下，這些時序參數(shù)會有所不同，工程師在設(shè)計電路時需要根據(jù)具體的工作頻率選擇合適的時序參數(shù)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和穩(wěn)定性。

六、包裝與訂購信息

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)用場景。在選擇包裝形式時，需要考慮電路板的布局、散熱要求和焊接工藝等因素。

6.2 訂購信息

訂購信息中列出了不同頻率和包裝形式的產(chǎn)品型號，以及產(chǎn)品編號后綴的含義。例如，型號中的數(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。工程師在訂購產(chǎn)品時，需要根據(jù)實際需求選擇合適的型號。

七、總結(jié)與思考

Zilog的Z80C30和Z85C30 SCC是兩款功能強大、性能卓越的串行通信控制器，它們在多協(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，在實際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體的項目需求，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序要求，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，對于一些復(fù)雜的功能，如SDLC模式和DMA支持，需要進行深入的研究和測試，以充分發(fā)揮這兩款產(chǎn)品的優(yōu)勢。你在使用類似的串行通信控制器時，遇到過哪些挑戰(zhàn)和問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。