深入解析Z80230/Z85230/L增强型串行通信控制器

在电子设计的领域中，通信控制器是实现数据高效传输的关键组件。今天，我们将深入探讨Zilog公司的Z80230/Z85230/L增强型串行通信控制器（ESCC），从其基本特性到实际应用，为大家进行全面剖析。

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一、产品概述与安全警示

Z80230/Z85230/L ESCC是一款功能强大的数据通信设备，可在多种协议下进行数据的收发，同时作为微处理器外设，提供了诸如向量中断和DMA支持等实用功能。不过，需要特别注意的是，该产品未经Zilog公司总裁和总法律顾问的明确书面批准，不得用于生命支持设备或系统的关键组件，这是保障使用安全的重要前提。

二、引脚功能详解

（一）引脚分组

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

（二）通用引脚

像CTSA、CTSB、DCDA、DCDB等引脚，既可以在特定编程模式下作为收发器使能，也能作为通用输入引脚使用。例如，当设置为自动使能（WR3位5为1）时，CTS引脚可作为发送器使能，并且采用施密特触发缓冲，能适应慢速上升沿输入信号。

（三）专属引脚

Z85230/L有D7 - D0数据总线引脚、片选引脚 $overline{CE}$ 等；Z80230则有AD7 - AD0地址/数据总线引脚、读/写控制引脚 $R/W$ 等。这些专属引脚为不同的设备提供了特定的控制和数据传输方式。

三、功能特性深度剖析

（一）输入/输出能力

ESCC通过17个写寄存器和16个读寄存器实现与系统的通信。新增加的写寄存器7 Prime（WR7’）可开启多项新功能。数据的传输有轮询、中断（向量和非向量）和块传输三种模式。

1. 轮询模式：在此模式下，数据中断被禁用。ESCC会自动更新三个寄存器，CPU通过定期读取状态寄存器来判断是否需要进行数据传输，RR0是判断的关键寄存器。
2. 中断模式：支持向量和嵌套中断。收发FIFO的中断触发填充级别可进行编程设置，以适应不同系统的中断响应时间。在中断响应过程中，通过INTACK信号可实现中断优先级的管理。
3. 块传输模式：该模式配合CPU或DMA控制器使用。WAIT/REQUEST输出可根据不同模式定义为WAIT线或REQUEST线，实现数据的高效传输。

（二）数据通信能力

ESCC具备两个独立的全双工可编程通道，能支持多种异步和同步数据通信协议。

1. 异步模式：相较于标准串行通信控制器（SCC）有显著改进，更深的数据FIFO可有效防止数据下溢和溢出，提高总线带宽利用率。在数据收发方面，支持5 - 8位字符，可选择奇偶校验，发送器能提供1、1.5或2个停止位，并具备断点检测功能。
2. 同步模式：支持面向字节和面向位的同步通信。在面向字节的同步协议中，可通过6位或8位同步字符、12位或16位同步模式或外部同步信号实现字符同步。同时，支持CRC - 16和CRC - CCIT两种错误校验多项式，并且可在特定情况下自动发送CRC数据。
3. SDLC模式：支持同步位导向协议，如SDLC和HDLC。能自动发送标志、插入零和生成CRC。在帧传输过程中，可处理突发情况，如发送中断时的中止命令。接收器能自动同步帧头标志，搜索指定地址帧，自动删除插入的零，并进行CRC校验。
4. SDLC LOOP模式：该模式下，主控制器管理消息流量，从站可在特定条件下发送消息。在此模式下，NRZ、NRZI或FM编码均可使用。
5. SDLC状态FIFO：一个10位深、19位宽的状态FIFO缓冲区，可提高ESCC接收高速连续SDLC帧的能力，使DMA能持续将数据传输到内存，CPU可后续检查消息状态。

（三）增强特性

1. 4字节发送FIFO缓冲区：具备可编程的中断和DMA请求级别，可根据需要设置发送缓冲区为空（TBE）中断和DMA请求的触发条件，提高系统响应的灵活性。
2. 8字节接收FIFO：同样具有可编程的中断级别，能根据不同的应用场景灵活设置中断触发条件，减少中断频率，提高系统效率。
3. 写寄存器7 PRIME（WR7’）：新增的寄存器可开启六项新功能，包括扩展读取使能、发送FIFO中断级别设置、DTR/REQ定时模式设置等，为ESCC的编程提供了更多的灵活性。
4. 其他增强特性：如SDLC模式下的CRC接收改进、TxD强制高电平功能、改进的发送中断处理、DPLL计数器发送时钟源功能等，都进一步提升了ESCC的性能和稳定性。

四、编程与初始化要点

（一）编程方式

Z85230/L的可编程数据FIFO可通过D/C引脚选择直接访问。编程写寄存器通常需要两次写操作，读取读寄存器则需要一次写和一次读操作。Z80230的寄存器可直接寻址，通过WR0B命令确定地址解码方式。

（二）初始化步骤

软件首先要发出一系列命令来初始化基本操作模式，然后根据所选模式进一步设置具体条件。例如在异步模式下，需要先设置字符长度、时钟速率、停止位数量和奇偶校验等，再设置中断模式，最后启用接收器和发送器。

五、电气特性与接口时序

（一）电气特性

ESCC规定了绝对最大额定值，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。同时，详细说明了标准测试条件、电容参数、直流特性和交流特性，这些参数是确保ESCC正常工作的重要依据。

（二）接口时序

不同型号的ESCC在写周期、读周期和中断响应周期的时序有所不同。例如，Z80230使用 $overline{AS}$ 和 $overline{DS}$ 信号控制总线事务，而Z85230/L则通过 $overline{WR}$ 和 $overline{RD}$ 信号生成内部控制信号。在实际应用中，必须严格按照这些时序要求进行设计，以确保系统的稳定性。

六、常见问题与解决方案

ESCC目前存在一些已知的问题，如IUS问题、RTS问题、自动TxD强制高电平问题、SDLC FIFO溢出问题、默认RR0和RR10值问题以及CRC问题等。针对这些问题，文档中都提供了相应的解决方案，如采用替代操作模式、利用菊花链结构、检查特定寄存器等方法，帮助工程师解决实际应用中遇到的问题。

七、总结与展望

Z80230/Z85230/L ESCC以其丰富的功能和强大的性能，在数据通信领域具有广泛的应用前景。通过深入了解其引脚功能、工作模式、编程方法和电气特性，工程师可以更好地利用这款控制器，设计出高效、稳定的数据通信系统。同时，对于已知问题的解决方案也为实际应用提供了有力的保障。在未来的电子设计中，ESCC有望继续发挥重要作用，为更多的应用场景提供支持。

大家在使用Z80230/Z85230/L ESCC的过程中，是否也遇到过一些独特的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。