深入剖析Z80C30/Z85C30 CMOS SCC串行通信控制器

在当今的电子通信领域，串行通信控制器扮演着至关重要的角色。Zilog公司的Z80C30和Z85C30 CMOS SCC（Serial Communications Controller）串行通信控制器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入剖析这款控制器，了解它的特点、功能以及在实际应用中的注意事项。

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一、产品概述

Z80C30和Z85C30是Zilog公司推出的与引脚和软件兼容的CMOS成员，属于SCC家族。它们是双通道、多协议数据通信外设，能够轻松与具有复用或非复用地址/数据总线的CPU接口。这两款控制器采用先进的CMOS工艺，具有低功耗、高性能和出色的抗噪声能力。其内部寄存器的编程灵活性使得SCC能够配置用于各种串行通信应用。

1.1 主要特性

• 优化设计：Z85C30针对非复用总线微处理器进行了优化，而Z80C30则针对复用总线微处理器进行了优化。
• 双独立通道：拥有两个独立的0至4.1 Mbps全双工通道，每个通道都有单独的晶体振荡器、波特率发生器（BRG）和数字锁相环（DPLL）用于时钟恢复。
• 多协议操作：在程序控制下支持多协议操作，可进行NRZ、NRZI或FM数据编码编程。
• 异步和同步模式：支持异步模式（每个字符5至8位，1、1.5或2个停止位，可编程时钟因子，中断检测和生成，奇偶校验、溢出和帧错误检测）和同步模式（内部或外部字符同步，CRC生成和检查）。
• SDLC/HDLC模式：具备全面的帧级控制，自动零插入和删除，I字段残差处理，中止生成和检测，CRC生成和检查，以及SDLC循环。
• 其他特性：软件中断确认功能、本地回环和自动回显模式、支持T1数字干线、增强的DMA支持等。

1.2 Z85C30的独特特性

Z85C30除了具备上述通用特性外，还有一些独特的功能。例如，新的可编程写寄存器7 prime（WR7）可启用新功能；在支持同步通信的SDLC模式方面有改进，包括改善功能以方便发送连续帧、自动SDLC打开标志传输、自动Tx欠载/EOM锁存复位等；改进了AC时序，如3至3.6 PCLK访问恢复时间、可编程DTR/REQ时序等。

二、引脚描述

2.1 通用引脚

Z85C30和Z80C30有一些通用的引脚，这些引脚在不同的功能中发挥着重要作用。

• CTSA, CTSB：清除发送（输入，低电平有效）。如果这些引脚被编程为自动启用功能，输入低电平将启用相应的发送器。否则，可作为通用输入。
• DCDA, DCDB：数据载波检测（输入，低电平有效）。如果编程为自动启用，这些引脚可作为接收器使能。否则，用作通用输入引脚。
• DTR/REQA, DTR/REQB：数据终端就绪/请求（输出，低电平有效）。这些输出跟随DTR位的编程状态，也可作为通用输出或DMA控制器的请求线。
• INT：中断请求（输出，开漏，低电平有效）。当SCC请求中断时，该信号激活。
• INTACK：中断确认（输入，低电平有效）。该信号表示活动的中断确认周期。

2.2 特定引脚

Z85C30和Z80C30也有各自特定的引脚。

• Z85C30：包括A/B（通道选择）、CE（芯片使能）、D7 - D0（数据总线）、D/C（数据/控制选择）、RD（读取）、WR（写入）等引脚。
• Z80C30：包括AD7 - AD0（地址/数据总线）、AS（地址选通）、CS0（芯片选择0）、CS1（芯片选择1）、DS（数据选通）、R/W（读取/写入）等引脚。

三、功能描述

3.1 I/O接口能力

系统与SCC设备的通信通过SCC的寄存器组进行。有十六个写寄存器和八个读寄存器，分别用WR和RR表示。这些寄存器用于配置SCC的各种功能，如CRC初始化、中断向量设置、波特率发生器时间常数设置等。

3.2 数据传输方法

SCC支持三种数据传输方法：

• 轮询：所有中断被禁用，CPU定期读取状态寄存器，根据寄存器内容决定是否进行数据传输。
• 中断：支持向量和嵌套中断。当SCC响应CPU的中断确认信号时，可将中断向量放置在数据总线上。不同类型的中断（发送、接收、外部/状态中断）具有不同的优先级。
• CPU/DMA块传输：SCC提供块传输模式，可与CPU块传输功能和DMA控制器配合使用。WAIT/REQUEST输出可根据软件控制定义为WAIT线或REQUEST线。

3.3 数据通信能力

SCC提供两个独立的全双工可编程通道，可用于任何常见的异步或同步数据通信协议。

• 异步模式：每个通道可独立发送和接收数据，每个字符5至8位，可选奇偶校验，发送器可提供1、1.5或2个停止位，并可随时提供中断输出。接收器具有瞬态尖峰抑制机制，可检测帧错误和溢出错误。
• 同步模式：支持字节和位导向的同步通信，可进行字符同步，CRC检查可延迟一个字符时间。支持CRC - 16和CCITT错误检查多项式。
• SDLC模式：支持同步位导向协议，如SDLC和HDLC，可自动发送标志、插入零和生成CRC。
• SDLC循环模式：在SDLC循环中，SCC可作为从站，监听并转发消息。

3.4 其他功能

• 波特率发生器：每个通道包含一个可编程的波特率发生器，由两个8位时间常数寄存器、一个16位递减计数器和一个输出触发器组成。
• 数字锁相环：用于从NRZI或FM编码的数据流中恢复时钟信息。
• 数据编码：可对串行数据进行NRZ、NRZI、FM1、FM0等编码和解码。
• 自动回显和本地回环：SCC能够自动回显接收到的所有数据，也支持本地回环模式。
• SDLC FIFO帧状态FIFO增强：通过10深×19位宽的状态FIFO，可提高SCC接收高速连续SDLC帧的能力。

四、编程与定时

4.1 编程

SCC的每个通道都包含写寄存器，可通过系统分别编程以配置通道的功能。Z85C30和Z80C30的编程方式略有不同。

• Z85C30：数据寄存器可通过选择D / $\overline{C}$引脚的高电平直接寻址，其他寄存器的编程需要两次写操作和一次读操作。
• Z80C30：所有SCC寄存器可直接寻址，WR0B中的命令控制SCC如何解码地址/数据总线上的地址。

4.2 定时

SCC从$\overline{WR}$和$\overline{RD}$（Z85C30）或$\overline{AS}$和$\overline{DS}$（Z80C30）生成与PCLK相关的内部控制信号。由于PCLK与这些信号没有相位关系，因此电路需要提供时间让亚稳态条件消失，从而产生与PCLK相关的恢复时间。不同的操作（读周期、写周期、中断确认周期）有不同的定时要求。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

规定了器件的最大应力限制，如Vcc电源电压范围（ - 0.3 V至 + 7.0 V）、所有引脚相对于GND的电压范围（ - 3 V至VCC + 0.3 V）、工作环境温度和存储温度等。超过这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

5.2 标准测试条件

DC特性和电容部分适用于特定的标准测试条件，所有电压参考GND，正电流流入参考引脚。

5.3 电容

列出了输入、输出和双向电容的参数。

5.4 DC特性

包括输入高电压、输入低电压、输出高电压、输出低电压、输入泄漏、输出泄漏、Vcc电源电流等参数。

5.5 AC特性

给出了Z85C30和Z80C30的读/写定时、中断确认定时、复位定时等参数。

六、封装与订购信息

6.1 封装

Z80C30和Z85C30提供40引脚DIP封装和44引脚PLCC封装。文档中给出了这两种封装的详细尺寸图和尺寸参数。

6.2 订购信息

提供了不同频率（8 MHz、10 MHz、16 MHz）下Z80C30和Z85C30的订购型号。同时，介绍了Zilog零件编号的组成，如Z80C3016PSG表示Z80C30，16 MHz，PLCC，0º C至 + 70º C，无铅。

使用注意事项

7.1 生命支持系统限制

Zilog明确指出，其产品未经公司总裁和总法律顾问的事先书面批准，不得用于生命支持设备或系统的关键组件中。这是为了确保产品在高可靠性要求的应用中的安全性。

7.2 文档信息准确性

文档中关于器件、应用或技术的信息仅用于建议可能的用途，可能会被取代。Zilog不承担对文档中信息、器件或技术的准确性的责任，也不承担与使用这些信息、器件或技术相关的知识产权侵权责任。

7.3 中断确认信号处理

在某些CPU环境中，创建具有必要定时的INTACK信号以确认中断并允许中断嵌套可能比较困难。此时，可以通过软件命令向SCC创建INTACK信号。但无论使用硬件还是软件中断确认周期，都需要在中断服务程序中发出复位最高IUS命令。

7.4 引脚使用注意事项

当INTACK和IEI引脚不使用时，应通过一个电阻（典型值为10 KΩ）上拉至Vcc。在编程和使用过程中，要注意各个引脚的功能和电平要求，确保正确连接和操作。

7.5 定时参数遵守

在设计电路时，必须严格遵守SCC的定时参数要求，包括读/写周期、中断确认周期等的定时。否则，可能会导致数据传输错误或系统不稳定。

7.6 温度范围考虑

要根据器件的工作环境温度范围进行合理的设计和使用，避免超出温度限制影响器件的性能和可靠性。

总之，Z80C30和Z85C30 CMOS SCC串行通信控制器是功能强大、性能卓越的通信外设。在实际应用中，工程师需要深入了解其特性、功能和使用注意事项，才能充分发挥其优势，设计出稳定、高效的通信系统。你在使用这款控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。