Zilog Z80C30/Z85C30 SCC：高性能串行通信控制器的深度解析

在电子工程师的日常工作中，选择合适的串行通信控制器对于实现高效、稳定的数据传输至关重要。Zilog的Z80C30和Z85C30 CMOS SCC（Serial Communications Controller）就是这样两款值得深入研究的产品，它们在串行通信领域展现出了卓越的性能和丰富的功能。

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一、产品概述

1.1 核心特性

Z80C30和Z85C30具有诸多令人瞩目的特性。Z85C30针对非复用总线微处理器进行了优化，而Z80C30则更适合复用总线微处理器，并且它们与NMOS版本引脚兼容。这两款设备都拥有两个独立的、速率范围为0到4.1 Mbps的全双工通道，每个通道都配备了单独的晶体振荡器、波特率发生器（BRG）和数字锁相环（DPLL），用于时钟恢复。此外，它们支持多协议操作，可通过编程实现NRZ、NRZI或FM数据编码。

1.2 异步与同步模式

在异步模式下，它们可以处理每个字符5到8位、1、1.5或2个停止位的传输，还具备可编程时钟因子、中断检测和生成、奇偶校验、溢出和帧错误检测等功能。在同步模式下，能够实现内部或外部字符同步，支持1或2个同步字符，并进行CRC生成和校验，CRC预设值可以为全1或全0。

1.3 SDLC/HDLC模式

SDLC/HDLC模式是这两款产品的一大亮点，它提供了全面的帧级控制，包括自动零插入和删除、I字段残差处理、中止生成和检测、CRC生成和校验以及SDLC环路等功能。同时，还具备软件中断确认功能、本地回环和自动回显模式，并且支持T1数字干线和增强型DMA。

1.4 Z85C30的独特特性

Z85C30还有一些独有的特性，例如新的可编程写寄存器7（WR7）可以启用新功能；在同步通信的SDLC模式下，它改进了功能，方便发送连续帧，实现了自动SDLC开放标志传输、自动Tx欠载/EOM锁存复位、自动RTS停用等功能。此外，它还改善了AC时序，具备扩展读取功能和锁存RRO等特性。

二、引脚描述

2.1 通用引脚

Z80C30和Z85C30有许多通用引脚，如CTSA、CTSB（清除发送）、DCDA、DCDB（数据载波检测）、DTR/REQA、DTR/REQB（数据终端就绪/请求）等。这些引脚在不同的模式下具有不同的功能，例如CTS和DCD引脚在编程为自动启用功能时，可以作为发送器和接收器的使能信号，同时它们还具备施密特触发器缓冲功能，能够适应缓慢上升时间的输入信号。

2.2 特定引脚

Z85C30和Z80C30也有各自特定的引脚。Z85C30的A/B引脚用于选择通道，CE引脚用于芯片使能；而Z80C30的AD7 - AD0引脚是复用的地址/数据总线，AS引脚用于地址选通。这些引脚的设计使得两款产品能够更好地适应不同的总线架构。

三、功能描述

3.1 I/O接口能力

系统与SCC设备之间的通信是通过其寄存器组实现的。SCC有16个写寄存器和8个读寄存器，这些寄存器在数据传输、状态监控和控制等方面发挥着重要作用。例如，通过对写寄存器的编程，可以配置通信模式、设置中断向量等；而读寄存器则可以读取传输/接收缓冲区状态、特殊接收条件状态等信息。

3.2 数据通信能力

SCC支持多种数据通信协议，包括异步和同步模式。在异步模式下，它能够独立地发送和接收数据，每个字符可以是5到8位，并可选择奇偶校验位。同时，它还具备瞬态尖峰抑制机制，能够有效保护接收数据免受干扰。在同步模式下，支持字节和位导向的同步通信，能够处理多种同步字符和CRC校验。

3.3 SDLC模式

SDLC模式下，SCC能够自动发送标志、插入和删除零，并生成CRC。在传输过程中，如果发生发送欠载情况，它可以发出外部/状态中断警告，还可以自动发送中止信号。接收器能够自动在帧的前导标志上获取同步，并提供同步信号。

3.4 波特率发生器和数字锁相环

每个通道都包含一个可编程的波特率发生器（BRG），它由两个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。通过编程时间常数寄存器，可以设置不同的波特率。数字锁相环（DPLL）则用于从NRZI或FM编码的数据流中恢复时钟信息，为数据传输提供稳定的时钟信号。

3.5 数据编码和回环模式

SCC可以通过编程实现四种不同的串行数据编码方法，即NRZ、NRZI、FM1和FM0。此外，它还具备自动回显和本地回环模式，在自动回显模式下，设备可以自动回显接收到的所有数据；在本地回环模式下，内部发送数据与内部接收数据相连，方便进行调试和测试。

3.6 SDLC FIFO帧状态FIFO增强

SCC的SDLC FIFO帧状态FIFO增强功能可以提高高速连续SDLC帧的接收能力。当启用该功能时，它可以为DMA提供将数据继续传输到内存的能力，使得CPU可以稍后检查消息。每个SDLC帧的14位字节计数和5个状态/错误位会被存储在FIFO中，方便后续处理。

四、编程与设置

4.1 寄存器编程

Z85C30和Z80C30的寄存器编程方式有所不同。Z85C30需要通过WR0寄存器中的指针位来选择要访问的寄存器，而Z80C30的所有寄存器都可以直接寻址。在系统编程时，首先需要发出一系列命令来初始化基本操作模式，然后再根据所选模式设置具体的条件，例如在异步模式下，需要设置字符长度、时钟速率、停止位数量和奇偶校验等参数。

4.2 中断模式设置

中断模式的设置也是编程的重要环节。SCC支持向量和嵌套中断，通过设置中断使能位（IE）、中断待处理位（IP）和中断服务位（IUS），可以实现对不同中断源的控制。在中断服务程序中，需要正确处理中断确认和复位操作，以确保系统的稳定性。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

在使用Z80C30和Z85C30时，需要注意其绝对最大额定值，包括Vcc电源电压范围、各引脚相对于GND的电压、工作环境温度和存储温度等。超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏。

5.2 标准测试条件

标准测试条件规定了在测量DC特性和电容时的电压、电流和温度等参数。所有电压都以GND为参考，正电流流入参考引脚。在进行电气特性测试时，需要严格按照这些条件进行操作。

5.3 电容和DC特性

文档中列出了输入、输出和双向电容的参数，以及Z80C30和Z85C30的DC特性，如输入高电压、输入低电压、输出高电压、输出低电压等。这些参数对于评估设备的电气性能和与其他电路的兼容性非常重要。

5.4 AC特性

AC特性主要涉及设备的时序参数，包括读周期、写周期和中断确认周期的时序。不同的工作频率下，这些时序参数会有所不同，工程师在设计电路时需要根据具体的工作频率选择合适的时序参数，以确保数据传输的准确性和稳定性。

六、包装与订购信息

6.1 包装形式

Z80C30和Z85C30提供了40引脚DIP和44引脚PLCC两种包装形式，不同的包装形式适用于不同的应用场景。在选择包装形式时，需要考虑电路板的布局、散热要求和焊接工艺等因素。

6.2 订购信息

订购信息中列出了不同频率和包装形式的产品型号，以及产品编号后缀的含义。例如，型号中的数字表示工作频率，字母表示环境温度范围、包装形式和是否为无铅产品等信息。工程师在订购产品时，需要根据实际需求选择合适的型号。

七、总结与思考

Zilog的Z80C30和Z85C30 SCC是两款功能强大、性能卓越的串行通信控制器，它们在多协议支持、高速数据传输、灵活的编程和丰富的功能特性等方面表现出色。然而，在实际应用中，工程师还需要根据具体的项目需求，合理选择工作模式、设置寄存器参数，并注意电气特性和时序要求，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，对于一些复杂的功能，如SDLC模式和DMA支持，需要进行深入的研究和测试，以充分发挥这两款产品的优势。你在使用类似的串行通信控制器时，遇到过哪些挑战和问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。