Z80230/Z85230/L增强型串行通信控制器深度解析

在电子工程领域，串行通信控制器的性能和功能对系统的通信能力起着关键作用。Zilog公司的Z80230/Z85230/L增强型串行通信控制器（ESCC）就是一款具有卓越性能和丰富功能的产品。本文将对该控制器进行详细解析，涵盖其功能描述、输入输出能力、编程方法、接口时序、电气特性以及已知问题和解决方案等方面。

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1. 引脚描述

1.1 引脚分组

ESCC的引脚分为七个功能组，包括地址/数据、总线时序和复位、设备控制、中断、串行数据（双信道）、外设控制（双信道）和时钟（双信道）。不同的总线接口版本在地址/数据组、总线时序和复位组以及设备控制组的引脚功能有所不同。

1.2 通用引脚

CTSA、CTSB、DCDA、DCDB等引脚在特定编程模式下可作为收发器使能，也可作为通用输入。RTSA、RTSB引脚可作为通用输出或与自动使能功能配合使用。SYNCA、SYNCB引脚可作为输入、输出或晶体振荡器电路的一部分。

1.3 专属引脚

Z85230/L有D7 - D0、$overline{CE}$、$overline{RD}$、$overline{WR}$、$A/B$、$D/C$等专属引脚，用于数据传输、芯片选择、读写操作和通道选择等。Z80230则有AD7 - AD0、$R/W$、$overline{CS0}$、CS1、$overline{DS}$、$overline{AS}$等专属引脚，用于地址和数据传输以及读写操作的控制。

2. 功能描述

2.1 数据通信设备

ESCC可作为数据通信设备，支持多种协议的数据收发。它具有两个独立的全双工可编程通道，可在异步和同步数据通信协议中使用。

2.2 微处理器外设

作为微处理器外设，ESCC提供了向量中断和DMA支持等有价值的特性。其内部的寄存器设置可用于配置通道功能，实现数据的高效传输。

3. 输入/输出能力

3.1 寄存器设置

ESCC包含17个写寄存器和16个读寄存器。许多功能通过新的写寄存器7 Prime（WR7’）来启用，该寄存器可在WR15的第0位设置为1时访问。

3.2 数据传输模式

有三种数据传输模式：轮询、中断（向量和非向量）和块传输。轮询模式下，数据中断被禁用，CPU通过定期读取状态寄存器来确定是否需要传输数据。中断模式支持向量和嵌套中断，可根据不同的中断源进行优先级管理。块传输模式可在CPU或DMA控制下实现，通过WAIT/REQUEST输出与寄存器中的相关位配合使用。

4. 增强特性

4.1 FIFO缓冲区

ESCC具有4字节的发送FIFO缓冲区和8字节的接收FIFO缓冲区，可提高数据传输的效率。发送FIFO缓冲区的中断和DMA请求级别可编程，接收FIFO缓冲区的中断级别也可根据需要进行设置。

4.2 其他增强特性

包括SDLC模式下的CRC接收、TxD强制高电平、改进的发送中断处理、DPLL计数器作为发送时钟源、读寄存器0状态锁存、软件中断响应、快速SDLC发送数据中断响应、SDLC FIFO帧状态增强等。

5. 编程方法

5.1 寄存器编程

ESCC的每个通道都有写寄存器，可由系统分别编程以配置通道功能。Z85230/L的数据FIFOs可通过设置D/C引脚为高电平直接访问，编程写寄存器需要两次写操作，读取读寄存器需要一次写操作和一次读操作。Z80230的寄存器可直接寻址，通过WR0B命令确定地址解码方式。

5.2 初始化

软件首先发出一系列命令来初始化基本操作模式，然后根据所选模式设置具体条件。例如，在异步模式下，先设置字符长度、时钟速率、停止位和奇偶校验，再设置中断模式，最后启用接收器和发送器。

6. 接口时序

6.1 Z80230接口时序

Z80230的写周期、读周期和中断响应周期都有特定的时序要求，通过$overline{AS}$、$overline{DS}$等控制信号来实现总线事务的控制。

6.2 Z85230/L接口时序

Z85230/L的读写周期和中断响应周期也有相应的时序要求，$overline{WR}$、$overline{RD}$等信号用于控制数据传输和中断处理。

7. 电气特性

7.1 绝对最大额定值

包括电源电压范围、引脚电压范围、工作环境温度和存储温度等，超过这些额定值可能会导致设备永久性损坏。

7.2 标准测试条件

在特定的电源电压和温度条件下进行测试，以确保设备的性能符合要求。

7.3 电容和杂项特性

给出了输入电容、输出电容和双向电容等参数，以及门计数等杂项信息。

7.4 DC和AC特性

详细列出了Z80230和Z85230/L的直流和交流特性参数，包括输入输出电压、电流、时序要求等。

8. 已知问题和解决方案

8.1 IUS问题

在特定条件下，EOF中断可能会被误清除。解决方案包括采用替代操作模式、利用菊花链和检查RR7寄存器等。

8.2 RTS问题

自动RTS去激活功能在多帧连续传输时可能出现问题，可通过在帧间插入空闲时间来解决。

8.3 自动TxD强制高电平问题

在特定条件下，连续帧传输可能会导致数据损坏，可通过设置为FLAG IDLE模式来避免。

8.4 SDLC FIFO溢出问题

在SDLC模式下，FIFO溢出时可能会导致数据丢失，应避免在可能出现溢出的情况下使用特定模式。

8.5 默认RR0和RR10值问题

复位后RR0和RR10的某些位可能不会清除，可忽略复位后首次读取的值。

8.6 CRC问题

在发送1或2个残差位时，CRC值可能无法正确加载到接收FIFO中，可忽略此时从接收FIFO读取的CRC值。

总结

Z80230/Z85230/L ESCC是一款功能强大的串行通信控制器，具有丰富的特性和灵活的编程方式。然而，在使用过程中需要注意一些已知问题，并采取相应的解决方案。电子工程师在设计时应根据具体需求合理配置寄存器和时序，以充分发挥该控制器的性能。同时，对于遇到的问题，可参考本文提供的解决方案进行处理。大家在实际应用中是否也遇到过类似的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。