關鍵詞：嵌入式系統 串行通信控制器（SCC） Z85C30

引言

我們在嵌入式系統的開發(fā)過程中，經常需要設計串行通信口，用以同其它設備或計算機網絡交換數據。針對不同的應用場合及不同的通信格式，在硬件設計方面有許多不同的芯片可供選擇，如Intel 8251A、Intel 8274、Intel 82530等。采用ZILOG公司的串行通信控制器Z85C30進行設計，和其它器件相比，具有功能強、速度快、外部邏輯少等優(yōu)點。

1 串行通信控制器Z85C30介紹

Z85C30是ZILOG公司推出的一種串行通信控制器（SCC）。它具有雙通道，適用于8位、16位處理器的系統，能夠完成串行到并行、并行到串行的轉換。Z85C30能夠處理諸如異步格式、面向字節(jié)的同步規(guī)程（如IBM雙同步規(guī)程）、面向比特的同步規(guī)程（如HDLC、SDLC）；能夠產生、檢查CRC循環(huán)冗余檢驗碼。

Z85C30每個通道有14個寫寄存器、7個讀寄存器。通過對其編程，可將通信控制器配置滿足各種格式，如數據長度、停止位的位數、有無奇偶檢驗等。

1.1 Z850C30主要性能

①同步速率。16MHz時鐘下，傳輸速率達4Mb/s；使用16MHz時鐘，傳輸速率達1Mb/s（FM編碼）；使用16MHz時鐘，傳輸速率達500Kb/s（NRZI編碼）。

②異步性能。每個字符5、6、7或8位；1/2或2位停止位；奇或偶校驗；1、16、32、64倍時鐘格式；斷點產生和測試；奇偶、超載和幀出錯測試。

③按字節(jié)同步性能。內同步或外同步；1或2個同步字符；自動CRC產生、測試。

④SDLC/HDLC性能。異常中止序列的產生和檢測；“0”的自動插入和刪除，報文間標志的自動插入，地址段的識別，信息段剩余管理，CRC產生、測試；具有EOP識別/循不入口和出口的SDLC方式；可選NRZ、NRZI、曼徹斯特或FM編/解碼；具有時鐘恢復能力的數字鎖相環(huán)；具有自動回波和局部回送的診斷能力。

另外，Z85C30能在SDLC/HDLC方式下更高效地工作，如果有1019位SDLC/HDLC幀狀態(tài)FIFO，14位SDLC/HDLC幀計數器，自動SDLC/HDLC標志發(fā)送，自動復位SDLC/HDLC Underrun/EOM標志，自動預置SDLC/HDLC CRC等。

1.2 Z85C30主要引腳簡介

Z85C30引腳按功能分為7組：數據地址總線、總線時序和復位、控制引腳、中斷控制、串行數據、通道控制引腳和時鐘引腳，如圖1所示。Z85C30引腳定義如圖2所示。

D7～D0：數據地址總線，用于傳送命令和數據。

RD、WR：讀、寫信號，用于對Z85C30的寄存器操作，低電平有效。

CE：片選信號。

A/B：A、B通道選擇，低電平表示選擇B通道，高電平選擇A通道。

D/C：數據/控制選擇，高電平表示與85C30之間傳輸的是數據，低電平表示與85C30間傳輸的是命令信號。

INT：中斷請求，低電平有效，當SCC需要申請中斷時，該信號有效。

INTACK：中斷響應，低電平有效。

IEI：中斷允許輸入。輸入，高電平有效。當有多個中斷源時，IEI和IEO一起組成中斷順序鏈優(yōu)先級排隊電路。

IEO：中斷允許輸出。輸出，高電平有效。

PCLK：時鐘輸入，用來同步內部信號，是標準的TTL電平信號。

TxD、RxD：發(fā)送、接收數據，分A、B兩個通道。

TRxC、RTxC：通道時鐘，它們能被編程為幾種不同的操作械。RTxC能提供接收時鐘或傳送時鐘（在輸入方式），能提供傳輸時鐘計數器輸出（數據鎖相器）、晶體振蕩器輸出、波特率發(fā)生器輸出和輸入時鐘輸出（它們都是在輸出方式）。RTxC能提供接收時鐘、傳送時鐘、波特率發(fā)生器時鐘、數字鎖相環(huán)時鐘。

1.3 Z85C30的接口時序

RD和WR是總線傳輸的兩個控制信號。CE、D/C、A/B和INTACK用于控制總線傳輸的類型?？偩€上傳輸的地址在有效后，RD和WR才變低。CE、WR和CE、RD鎖存地址的時序是一致的。

（1）讀周期時序

在RD和CE有效時，A/B和D/C上的地址被鎖存。在此周期內CE必須保持低，并且INTACK必須保持高。Z85X30的總線驅動設備只有在RD和CE都有效地才使能。在讀操作用D/C為高時，不會影響指針的狀態(tài)。當D/C為低且在內部操作完成后，指針復位到0。

（2）寫周期時序

在CE和WR有效時，A/B、D/C和數據D7～D0同時被鎖存。在此周期內CE必須保持低，并且INTACK必須保持高。在寫操作且D/C為高時，不會影響指針的狀態(tài)。當D/C為低且在內部操作完畢后，指針復位到0。

（3）中斷響應周期

當INTACK為低時，進入中斷響應周期。這個A/B、D/C、CE、WR信號都被忽略。

1.4 Z85X30寄存器訪問

訪問寄存器有兩個步驟，是使用寄存器指針來完成尋址的。為尋址一個指定的寄存器，先通過寫入WR0的指針位來指定寄存器。因為Z85X30只有唯一的寄存器設置存在，因此，可以從兩個通道中的任意一個將指針寫入。當指針寫入后，再次的讀或寫周期（當D/C為低時）將存取剛才指定的寄存器。在讀和寫周期結束時，指針被復位到0。

對RR8（接收數據緩沖FIFO）的讀及對WR8（傳送數據緩沖FIFO）的寫操作，可以按以上方法進行，也可以在D/C為高時進行存取。當D/C為高時，可以直接對相應的數據寄存器進行存取，并且指針的狀態(tài)為獨立的。這樣，允許在一個周期內尋址數據寄存器，并且不影響指針的狀態(tài)。

2 Z85C30與CPU的接口

以下介紹以8051作CPU與Z85C30的接口電路，如圖3所示。

Z85C30的時鐘選用7.0728MHz。54LS373用來鎖存片選信號和Z85C30的地址（用來區(qū)分命令、數據寄存器）。因為Z85C30的寫時序在數據有效后，才應出現WR的下降沿；在數據無效之前，應出現WR上升沿。用1片D觸發(fā)器54LS74和2個反相器件來延遲送到Z85C30的WR。由于電路設計為TTL電路，在實際的應用，還需加入TTL-RS232轉換電路芯片。

3 軟件設計

3.1 Z85Z30的I/O操作

X85C30有三種基本的I/O操作形式：查詢、中斷、塊操作。這三種I/O操作在初始化和數據傳送時涉及到寄存器操作。

查詢方式依靠軟件查詢串行控制器，從而決定什么時候數據應從串行控制器輸入或輸出。在此模式中，主中斷使能位和WAIT/DMA請求位都應編程為0，從而清除任何中斷或DMA請求。查詢是通過對RR0的狀態(tài)檢測進行的。在此模式中，中斷功能失效。在轉入數據處理前，必須對RR0讀分析，以決定進入怎樣的例程。

中斷方式中，串行控制器的每一個通道包括三個中斷源：接收器中斷、發(fā)送器中斷和外部/狀態(tài)中斷。

塊操作方式可將W/REQ輸出與WR1中的就緒/請求位配合。通過編程，W/REQ輸出在塊操作方式中能被定義為WAIT信號，在DMA方式中可作為REQ信號。

3.2 軟件的編寫

不同的應用場合，對Z85C30的初始化流程不同，這就需要對Z85C30的寫寄存器賦予相應的初值。

圖3 8051與Z85C30的接口電路

在SCC初始化完成后，即可進行通信。傳送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)全部為空。軟件把第1個傳送字符寫到傳送緩沖器，中斷才會產生。第1個傳送字符到了SCC的移位寄存器，傳送中斷產生。然后，SCC繼續(xù)判斷中斷，直到報文結束。報文結束時，應執(zhí)行復位發(fā)送中斷賦值命令，用來禁止發(fā)送請求中斷。SCC檢測到最后一個字符，中斷將停止，直到另外的報文寫到傳送緩沖器。

寄存器RR2用來說明中斷矢量和狀態(tài)，它從B信道讀取。RR3是中斷賦值寄存器，用來指示中斷的類型，它從A信道讀取。看網絡補充版（www.dpj.com.cn）中列出了Z85C30的中斷流程。

外部/狀態(tài)中斷源包括：斷點/異常中斷、發(fā)送欠載/報文結束中斷、CTS中斷、同步/搜索中斷、DCD中斷、零計數中斷。它由WR1和WR15設置，只有WR1中外部/狀態(tài)中斷允許位置和WR15中的相應控制位置位后，外部/狀態(tài)條件才會產生中斷。

結語

采用該設計方案，能夠滿足不同通信格式的要求，軟件編程可根據實際情況選用查詢方式、中斷方式、DMA傳送方式，如需要可以加MODEM控制方式。由于Z85C30功能強大，在許多嵌入式系統、網絡設計方面，選用Z85C30作為通信控制器進行開發(fā)，完全能夠實現其預期的功能。