深入剖析SERCON816：SERCOS接口控制器的技术探秘

在工业控制系统的实时通信领域，SERCOS接口发挥着至关重要的作用。而SERCON816作为一款专门用于SERCOS接口的单芯片控制器，为工业控制带来了高效、可靠的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款控制器。

文件下载：SERC816.pdf

一、SERCON816概述

SERCON816是一款用于SERCOS接口通信系统的集成电路。SERCOS接口是一种数字接口，适用于需要在短且固定的间隔（62.5μs到65ms）内周期性交换信息的系统之间的通信，非常适合分布式控制或测试设备的同步操作，例如驱动器和数控系统之间的连接。

一个SERCOS接口通信系统由一个主站和多个从站组成，这些单元通过光纤环连接，光纤环从主站开始并结束于主站。从站会再生和转发接收到的数据，或者发送自己的报文。通过这种方式，主站发送的报文可以被所有从站接收，而主站也能接收来自从站的数据报文，光纤的使用保证了高速可靠的数据传输和出色的抗干扰能力。

SERCON816集成了SERCOS接口的所有硬件相关功能，大大降低了硬件成本和微处理器的计算时间需求，它是光电接收器、发射器和执行控制算法的微处理器之间的直接连接。该芯片既可以用于SERCOS接口的主站，也可以用于从站。

其主要功能包括：

1. 微处理器接口：具有8位或16位数据总线宽度，控制线路符合英特尔或摩托罗拉标准。
2. 串行接口：可直接与光纤环的光接收器和发射器连接，或通过驱动器与电气环或总线连接。集成了数据和时钟再生、环形拓扑的中继器以及串行发射器和接收器，能对信号进行监测并生成测试信号，串行接口在无外部电路的情况下最高可运行至16Mbaud。
3. 双端口RAM：容量为2048 * 16位，用于存储控制和通信数据，内存组织灵活。
4. 报文处理：可自动传输和监控同步和数据报文，仅处理特定接口用户的传输数据，传输数据可存储在内部RAM（单缓冲或双缓冲）中，也可通过直接内存访问（DMA）进行传输，还能自动执行多个通信周期的服务通道信息传输。 此外，除了SERCOS接口，SERCON816还可用于其他实时通信任务，也支持RS - 485信号的总线拓扑结构，应用范围广泛。

二、引脚描述

SERCON816具有丰富的引脚，每个引脚都有其特定的功能，以下为部分重要引脚介绍：

数据与地址相关引脚

• D15 - 0：数据总线，8位总线接口通过D7 - 0读写数据，16位总线接口通过D15 - 0读写数据。当ADMUX为1时，通过D15 - 0输入存储在地址锁存器中的地址。
• ALEL、ALEH：地址锁存使能信号，仅在ADMUX为1时使用。当ALEL/ALEH为1时，信号从数据总线传输到地址总线；当ALEL/ALEH为0时，存储地址。当ADMUX为0时，需连接到VDD。

  读写控制引脚

• RDN：读信号，对于英特尔总线接口，RDN为0时读取数据；对于摩托罗拉总线接口，根据BUSMODE1的值不同，RDN为0或1时进行读写操作。
• WRN：写信号，对于英特尔总线接口，WRN为0时写入数据；对于摩托罗拉总线接口，WRN用于选择数据总线的读（WRN = 1）和写（WRN = 0）操作。

  其他重要引脚

• BUSYN：RAM忙信号，低电平有效。当内部报文处理与对双端口RAM同一内存位置的访问同时进行时，该信号有效。
• DMAREQR、DMAREQT：DMA请求接收和发送信号，高电平有效，分别在可读取接收FIFO数据和可向发送FIFO写入数据时激活。
• DMAACKRN、DMAACKTN：DMA确认接收和发送信号，低电平有效，分别在DMAACKRN为0和DMAACKTN为0时，独立于A6 - 1和片选信号对接收FIFO和发送FIFO进行读写操作。

三、电气特性

绝对最大额定值

Symbol	Parameter	Value	Unit
VDD	Supply voltage	-0.5 to 6.5	V
Vi	Input voltage	-0.5 to VoD +0.5	V
Vo	Output voltage	-0.5 to VDD+0.5	V
TsTG	Storage temperature	-55 to+150	℃

推荐工作条件

Symbol	Parameter	Min.	Max.	Unit
TA	Operating temperature	-40	85	℃
TJ	Chip junction temperature	-40	125	℃
VDD	Operating supply voltge	4.75	5.25	V
fscLK	Clock frequency SCLK	32	64	MHz
fMCLK	Clock frequency MCLK	12	64	MHz

电气参数

在VDD = 5V ± 5%，环境温度 -40°C到 +85°C的条件下，芯片具有一系列电气参数，如输入输出电压、电流、电阻、电容等。例如，低电平输入电压（TTL）所有输入为0.8V，高电平输入电压（TTL）所有输入为2.0V等。

功耗

在16Mbaud，MCLK = 64MHz的条件下，功耗典型值为850mW，最大允许功耗在TA = +85°C且无气流时为1000mW。为降低功耗或避免超过最大允许功耗，可采取连接未使用引脚到上拉或下拉电阻、最小化引脚电容负载、降低SCLK和MCLK的时钟频率、减少对内部RAM和控制寄存器的访问等措施。

四、控制寄存器和RAM数据结构

控制寄存器地址

控制寄存器的地址由A6 - 1输入，为字地址，计算字节地址时需将其值乘以2。除启动操作的控制位（W）外，所有控制寄存器均可读写（R/W），状态寄存器只能读取（R）。

RAM数据结构

• 固定含义部分：RAM的前11个字有固定含义，如0 - 1为传输块0 - 1的起始位置，2 - 9为服务容器0 - 7的地址等。
• 数据结构划分：其余部分可根据需要划分为不同的数据结构，包括报文头、数据容器、结束标记和服务容器。
  • 报文头：包含5个控制字，用于存储报文地址、数据存储方式、有效性等信息。
  • 数据容器：由1或2个16位控制字和可变数量的数据字组成，结构取决于报文是发送还是接收。
  • 结束标记：由两个16位字组成，用于标记最后一个报文的结束时间。
  • 服务容器：包含5个控制字和一个缓冲区，控制字的编码根据主从模式不同而有所差异。

五、其他信息

额外规格

• 参考手册：SERCON816的参考手册（160页）详细描述了芯片的各个方面，包括引脚定义、微处理器接口、串行接口、报文处理、主从模式、控制和RAM数据结构、编程示例以及电气和机械特性等，还介绍了与SERCON410B控制器的差异。
• SERCOS接口规范：SERCOS接口规范（IEC/EN 61491）详细描述了传输介质、物理层、数据传输和链路层、协议结构和数据内容、通信阶段、功能处理和错误处理等内容，I/O功能在单独的文档中描述。

  硬件和软件组件

  全球多个供应商提供SERCON816控制器的主从例程（驱动软件），同时还提供适用于多种计算机接口的不同电路板，包括ISA、VME、PCI和PC/104总线系统。

  工具

  针对SERCOS接口，有多种开发和测试工具可供使用，如总线监视器、配置和仿真工具以及一致性测试工具等。

SERCON816凭借其丰富的功能、灵活的配置和出色的性能，为工业控制系统的实时通信提供了强有力的支持。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求，合理利用其各项特性，设计出高效、可靠的工业控制系统。大家在使用SERCON816的过程中，有没有遇到过什么独特的问题或者有什么特别的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。