深入解析 Z80C30/Z85C30 CMOS SCC 串行通信控制器

在電子設計領域，串行通信控制器是實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)年P鍵組件。Zilog 公司的 Z80C30 和 Z85C30 CMOS SCC 串行通信控制器憑借其出色的性能和豐富的功能，在眾多應用場景中得到了廣泛應用。今天，我們就來深入探討一下這兩款控制器的特點、功能及應用。

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一、產(chǎn)品概述

Z80C30 和 Z85C30 是 Zilog 公司推出的引腳和軟件兼容的 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，能輕松與具有復用或非復用地址/數(shù)據(jù)總線的 CPU 進行接口。這兩款控制器具有低功耗、高性能和出色的抗噪能力，適用于各種串行數(shù)據(jù)傳輸應用。

1.1 主要特性

• 優(yōu)化設計：Z85C30 針對非復用總線微處理器進行了優(yōu)化，而 Z80C30 則針對復用總線微處理器進行了優(yōu)化。
• 雙獨立通道：擁有兩個獨立的 0 至 4.1 Mbps 全雙工通道，每個通道都有單獨的晶體振蕩器、波特率發(fā)生器（BRG）和數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL），可實現(xiàn)時鐘恢復。
• 多協(xié)議操作：支持多種協(xié)議，可通過程序控制實現(xiàn) NRZ、NRZI 或 FM 數(shù)據(jù)編碼。
• 異步和同步模式：具備異步模式（5 - 8 位字符，1、1.5 或 2 個停止位）和同步模式（內(nèi)部或外部字符同步，CRC 生成和校驗）。
• SDLC/HDLC 模式：支持 SDLC/HDLC 模式，具有全面的幀級控制、自動零插入和刪除等功能。
• 軟件中斷確認：具備軟件中斷確認功能，這是 NMOS 版本所沒有的。
• 本地回環(huán)和自動回顯：支持本地回環(huán)和自動回顯模式。
• 增強的 DMA 支持：提供增強的 DMA 支持，具有 10 x 19 位狀態(tài) FIFO 和 14 位字節(jié)計數(shù)器。

1.2 Z85C30 獨有特性

Z85C30 還具備一些獨有的特性，部分特性默認開啟，部分特性（帶 * 標記）默認禁用，可通過 WR7 進行編程啟用。

• 新的可編程寫寄存器：新增可編程寫寄存器 7 素數(shù)（WR7），可啟用新功能。
• SDLC 模式改進：改進了對同步通信 SDLC 模式的支持，包括更輕松地發(fā)送連續(xù)幀、自動 SDLC 起始標志傳輸?shù)取?/li>
• AC 時序改進：縮短了訪問恢復時間，可編程 DTR/REQ 時序，消除了寫數(shù)據(jù)到 WR 下降沿的建立時間要求，減少了 INT 時序。
• 其他特性：具有擴展讀取功能，可讀取寫寄存器的寫入值；在讀取時鎖存 RRO；RRO 的 D7 位和 RR10 的 D6 位現(xiàn)在有默認復位值。

二、引腳描述

2.1 通用引腳

Z85C30 和 Z80C30 有一些通用引腳，這些引腳在不同模式下具有不同的功能。

• CTSA、CTSB：清除發(fā)送（輸入，低電平有效），可用于自動啟用功能或作為通用輸入。
• DCDA、DCDB：數(shù)據(jù)載波檢測（輸入，低電平有效），可作為接收器啟用或通用輸入。
• DTR/REQA、DTR/REQB：數(shù)據(jù)終端就緒/請求（輸出，低電平有效），可作為通用輸出或 DMA 控制器的請求線。
• IEI、IEO：中斷使能輸入/輸出，用于形成中斷菊花鏈。
• INT：中斷請求（輸出，開漏，低電平有效）。
• INTACK：中斷確認（輸入，低電平有效）。
• PCLK：時鐘輸入，用于同步內(nèi)部信號。
• RxDA、RxDB：接收數(shù)據(jù)輸入。
• RTxCA、RTxCB：接收/發(fā)送時鐘輸入，可配置多種工作模式。
• RTSA、RTSB：請求發(fā)送（輸出，低電平有效）。
• SYNCA、SYNCB：同步（輸入或輸出，低電平有效），可作為輸入、輸出或晶體振蕩器電路的一部分。
• TxDA、TxDB：發(fā)送數(shù)據(jù)輸出。
• TRxCA、TRxCB：發(fā)送/接收時鐘（輸入或輸出，低電平有效），可配置多種工作模式。
• W/REQA、W/REQB：等待/請求（輸出，開漏或驅(qū)動高/低電平），可作為 DMA 控制器的請求線或等待線。

2.2 特定引腳

• Z85C30 特定引腳：A/B 用于選擇通道，CE 為芯片使能，D7 - D0 為數(shù)據(jù)總線，D/C 用于選擇數(shù)據(jù)或控制信息，RD 為讀信號，WR 為寫信號。
• Z80C30 特定引腳：AD7 - AD0 為地址/數(shù)據(jù)總線，AS 為地址選通，CS0、CS1 為片選信號，DS 為數(shù)據(jù)選通，R/W 用于指定讀寫操作。

三、功能描述

3.1 I/O 接口能力

系統(tǒng)與 SCC 設備之間的通信通過其寄存器組完成。SCC 有十六個寫寄存器（WR）和八個讀寄存器（RR），通過這些寄存器可以進行數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的讀寫操作。數(shù)據(jù)傳輸方式有三種：輪詢、中斷（向量和非向量）以及 CPU/DMA 塊傳輸。

• 輪詢：所有中斷禁用，CPU 定期讀取狀態(tài)寄存器，根據(jù)寄存器內(nèi)容決定是否進行數(shù)據(jù)傳輸。
• 中斷：支持向量和嵌套中斷，通過 INTACK 信號實現(xiàn)中斷確認。每個中斷源有三個相關位：中斷待決（IP）、服務中中斷（IUS）和中斷使能（IE）。有三種類型的中斷：發(fā)送、接收和外部/狀態(tài)中斷。
• CPU/DMA 塊傳輸：提供塊傳輸模式，可使用 WAIT/REQUEST 輸出與 WR1 中的等待/請求位配合，實現(xiàn) CPU 塊傳輸功能和 DMA 控制器的數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 SCC 數(shù)據(jù)通信能力

• 異步模式：每個通道可獨立發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，字符長度為 5 - 8 位，可選擇奇偶校驗，發(fā)送器可提供 1、1.5 或 2 個停止位，并可提供中斷輸出。接收器具有瞬態(tài)脈沖抑制機制，可檢測并緩沖幀錯誤和溢出錯誤。
• 同步模式：支持字節(jié)和位導向的同步通信，可使用 6 位或 8 位同步字符（單同步）、12 位或 16 位同步模式（雙同步）或外部同步信號進行字符同步。支持 CRC - 16 和 CCITT 錯誤檢查多項式，可預設 CRC 生成器和校驗器為全 1 或全 0。
• SDLC 模式：支持 SDLC 和 HDLC 等同步位導向協(xié)議，自動執(zhí)行標志發(fā)送、零插入和 CRC 生成。接收器可自動在幀的起始標志處實現(xiàn)同步，并可根據(jù)地址進行幀過濾。
• SDLC 循環(huán)模式：支持 SDLC 循環(huán)模式，作為輔助站可監(jiān)聽并轉(zhuǎn)發(fā)消息，在特定時間發(fā)送自己的消息。

3.3 波特率發(fā)生器和數(shù)字鎖相環(huán)

• 波特率發(fā)生器（BRG）：每個通道都有一個可編程的波特率發(fā)生器，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。輸出的 BRG 可作為發(fā)送時鐘、接收時鐘或兩者，其時間常數(shù)與波特率的關系為：[Time Constant =frac{ PCLK or RTxC Frequency }{2 (Baud Rate)( Clock Mode )}-2]
• 數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）：用于從 NRZI 或 FM 編碼的數(shù)據(jù)流中恢復時鐘信息，由一個標稱頻率為數(shù)據(jù)速率 32（NRZI）或 16（FM）倍的時鐘驅(qū)動。

3.4 數(shù)據(jù)編碼和回顯功能

• 數(shù)據(jù)編碼：SCC 可通過四種不同方法對串行數(shù)據(jù)進行編碼和解碼，包括 NRZ、NRZI、FM1 和 FM0。此外，還可通過 DPLL 在 FM 模式下對曼徹斯特數(shù)據(jù)進行解碼。
• 自動回顯和本地回環(huán)：支持自動回顯功能，在異步、同步和 SDLC 模式下都可工作；本地回環(huán)模式將內(nèi)部發(fā)送數(shù)據(jù)連接到內(nèi)部接收數(shù)據(jù)，RxD 被忽略。

3.5 SDLC FIFO 幀狀態(tài) FIFO 增強

SCC 的 10 深 x 19 位寬狀態(tài) FIFO 可最大程度地提高接收高速連續(xù) SDLC 幀的能力。當啟用時，DMA 可繼續(xù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存，CPU 可稍后檢查消息。每個 SDLC 幀的 14 位字節(jié)計數(shù)和 5 個狀態(tài)/錯誤位存儲在 FIFO 中，可通過讀寄存器 6 和 7 訪問。

四、編程與設置

4.1 寄存器編程

• Z85C30：數(shù)據(jù)寄存器通過 D/C 引腳直接尋址，其他寄存器（除 WR0 和 RR0）的編程需要兩次寫操作，讀取需要一次寫和一次讀操作。
• Z80C30：所有 SCC 寄存器都可直接尋址，WR0B 中的命令控制如何解碼地址/數(shù)據(jù)總線上的地址。

4.2 系統(tǒng)設置

系統(tǒng)程序首先發(fā)出一系列命令來初始化基本操作模式，然后根據(jù)所選模式設置其他條件，如異步模式下的字符長度、時鐘速率、停止位和奇偶校驗等，最后設置中斷模式并啟用接收器和發(fā)送器。

五、電氣特性

5.1 絕對最大額定值

• Vcc 電源電壓范圍：–0.3 V 至 +7.0 V
• 所有引腳相對于 GND 的電壓：–3 V 至 VCC + 0.3 V
• 工作環(huán)境溫度：見訂購信息章節(jié)
• 存儲溫度：–65° C 至 +150° C

5.2 標準測試條件

DC 特性和電容測量在標準測試條件下進行，所有電壓以 GND 為參考，正電流流入?yún)⒖家_。

5.3 電容和 DC/AC 特性

文檔還給出了輸入、輸出和雙向電容的參數(shù)，以及 Z80C30 和 Z85C30 設備的 DC 和 AC 特性參數(shù)，包括輸入輸出電壓、電流、時鐘周期等。

六、封裝與訂購信息

6.1 封裝

Z80C30 和 Z85C30 提供 40 引腳 DIP 封裝和 44 引腳 PLCC 封裝，文中給出了這兩種封裝的詳細尺寸圖。

6.2 訂購信息

提供了不同速度（8 MHz、10 MHz、16 MHz）下的訂購型號，同時介紹了部件編號后綴的含義，包括環(huán)境、溫度范圍、封裝和速度等信息。

七、總結(jié)

Z80C30 和 Z85C30 CMOS SCC 串行通信控制器以其豐富的功能、出色的性能和靈活的編程能力，為電子工程師在串行數(shù)據(jù)通信設計中提供了強大的工具。無論是在異步通信還是同步通信應用中，它們都能滿足不同的需求。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用場景和系統(tǒng)要求，合理選擇和配置這兩款控制器，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？或者對這兩款控制器有什么其他的見解，歡迎在評論區(qū)分享交流。