基于Z85C30的多協(xié)議串行通信設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 串行通信控制器（SCC） Z85C30

引言

我們?cè)谇度胧较到y(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)串行通信口，用以同其它設(shè)備或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合及不同的通信格式，在硬件設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)，和其它器件相比，具有功能強(qiáng)、速度快、外部邏輯少等優(yōu)點(diǎn)。

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(tǒng)，能夠完成串行到并行、并行到串行的轉(zhuǎn)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(chǎn)生、檢查CRC循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼。

Z85C30每個(gè)通道有14個(gè)寫(xiě)寄存器、7個(gè)讀寄存器。通過(guò)對(duì)其編程，可將通信控制器配置滿(mǎn)足各種格式，如數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、停止位的位數(shù)、有無(wú)奇偶檢驗(yàn)等。

1.1 Z850C30主要性能

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

②異步性能。每個(gè)字符5、6、7或8位；1/2或2位停止位；奇或偶校驗(yàn)；1、16、32、64倍時(shí)鐘格式；斷點(diǎn)產(chǎn)生和測(cè)試；奇偶、超載和幀出錯(cuò)測(cè)試。

③按字節(jié)同步性能。內(nèi)同步或外同步；1或2個(gè)同步字符；自動(dòng)CRC產(chǎn)生、測(cè)試。

④SDLC/HDLC性能。異常中止序列的產(chǎn)生和檢測(cè)；“0”的自動(dòng)插入和刪除，報(bào)文間標(biāo)志的自動(dòng)插入，地址段的識(shí)別，信息段剩余管理，CRC產(chǎn)生、測(cè)試；具有EOP識(shí)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(shí)鐘恢復(fù)能力的數(shù)字鎖相環(huán)；具有自動(dòng)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(jì)數(shù)器，自動(dòng)SDLC/HDLC標(biāo)志發(fā)送，自動(dòng)復(fù)位SDLC/HDLC Underrun/EOM標(biāo)志，自動(dòng)預(yù)置SDLC/HDLC CRC等。

1.2 Z85C30主要引腳簡(jiǎn)介

Z85C30引腳按功能分為7組：數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)、總線(xiàn)時(shí)序和復(fù)位、控制引腳、中斷控制、串行數(shù)據(jù)、通道控制引腳和時(shí)鐘引腳，如圖1所示。Z85C30引腳定義如圖2所示。

D7～D0：數(shù)據(jù)地址總線(xiàn)，用于傳送命令和數(shù)據(jù)。

RD、WR：讀、寫(xiě)信號(hào)，用于對(duì)Z85C30的寄存器操作，低電平有效。

CE：片選信號(hào)。

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(shù)據(jù)/控制選擇，高電平表示與85C30之間傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，低電平表示與85C30間傳輸?shù)氖敲钚盘?hào)。

INT：中斷請(qǐng)求，低電平有效，當(dāng)SCC需要申請(qǐng)中斷時(shí)，該信號(hào)有效。

INTACK：中斷響應(yīng)，低電平有效。

IEI：中斷允許輸入。輸入，高電平有效。當(dāng)有多個(gè)中斷源時(shí)，IEI和IEO一起組成中斷順序鏈優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路。

IEO：中斷允許輸出。輸出，高電平有效。

PCLK：時(shí)鐘輸入，用來(lái)同步內(nèi)部信號(hào)，是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號(hào)。

TxD、RxD：發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，分A、B兩個(gè)通道。

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

1.3 Z85C30的接口時(shí)序

RD和WR是總線(xiàn)傳輸?shù)膬蓚€(gè)控制信號(hào)。CE、D/C、A/B和INTACK用于控制總線(xiàn)傳輸?shù)念?lèi)型?？偩€(xiàn)上傳輸?shù)牡刂吩谟行Ш螅琑D和WR才變低。CE、WR和CE、RD鎖存地址的時(shí)序是一致的。

（1）讀周期時(shí)序

在RD和CE有效時(shí)，A/B和D/C上的地址被鎖存。在此周期內(nèi)CE必須保持低，并且INTACK必須保持高。Z85X30的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備只有在RD和CE都有效地才使能。在讀操作用D/C為高時(shí)，不會(huì)影響指針的狀態(tài)。當(dāng)D/C為低且在內(nèi)部操作完成后，指針復(fù)位到0。

（2）寫(xiě)周期時(shí)序

在CE和WR有效時(shí)，A/B、D/C和數(shù)據(jù)D7～D0同時(shí)被鎖存。在此周期內(nèi)CE必須保持低，并且INTACK必須保持高。在寫(xiě)操作且D/C為高時(shí)，不會(huì)影響指針的狀態(tài)。當(dāng)D/C為低且在內(nèi)部操作完畢后，指針復(fù)位到0。

（3）中斷響應(yīng)周期

當(dāng)INTACK為低時(shí)，進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。這個(gè)A/B、D/C、CE、WR信號(hào)都被忽略。

1.4 Z85X30寄存器訪(fǎng)問(wèn)

訪(fǎng)問(wèn)寄存器有兩個(gè)步驟，是使用寄存器指針來(lái)完成尋址的。為尋址一個(gè)指定的寄存器，先通過(guò)寫(xiě)入WR0的指針位來(lái)指定寄存器。因?yàn)閆85X30只有唯一的寄存器設(shè)置存在，因此，可以從兩個(gè)通道中的任意一個(gè)將指針寫(xiě)入。當(dāng)指針寫(xiě)入后，再次的讀或?qū)懼芷冢ó?dāng)D/C為低時(shí)）將存取剛才指定的寄存器。在讀和寫(xiě)周期結(jié)束時(shí)，指針被復(fù)位到0。

對(duì)RR8（接收數(shù)據(jù)緩沖FIFO）的讀及對(duì)WR8（傳送數(shù)據(jù)緩沖FIFO）的寫(xiě)操作，可以按以上方法進(jìn)行，也可以在D/C為高時(shí)進(jìn)行存取。當(dāng)D/C為高時(shí)，可以直接對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行存取，并且指針的狀態(tài)為獨(dú)立的。這樣，允許在一個(gè)周期內(nèi)尋址數(shù)據(jù)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(shí)鐘選用7.0728MHz。54LS373用來(lái)鎖存片選信號(hào)和Z85C30的地址（用來(lái)區(qū)分命令、數(shù)據(jù)寄存器）。因?yàn)閆85C30的寫(xiě)時(shí)序在數(shù)據(jù)有效后，才應(yīng)出現(xiàn)WR的下降沿；在數(shù)據(jù)無(wú)效之前，應(yīng)出現(xiàn)WR上升沿。用1片D觸發(fā)器54LS74和2個(gè)反相器件來(lái)延遲送到Z85C30的WR。由于電路設(shè)計(jì)為T(mén)TL電路，在實(shí)際的應(yīng)用，還需加入TTL-RS232轉(zhuǎn)換電路芯片。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 Z85Z30的I/O操作

X85C30有三種基本的I/O操作形式：查詢(xún)、中斷、塊操作。這三種I/O操作在初始化和數(shù)據(jù)傳送時(shí)涉及到寄存器操作。

查詢(xún)方式依靠軟件查詢(xún)串行控制器，從而決定什么時(shí)候數(shù)據(jù)應(yīng)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(qǐng)求位都應(yīng)編程為0，從而清除任何中斷或DMA請(qǐng)求。查詢(xún)是通過(guò)對(duì)RR0的狀態(tài)檢測(cè)進(jìn)行的。在此模式中，中斷功能失效。在轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理前，必須對(duì)RR0讀分析，以決定進(jìn)入怎樣的例程。

中斷方式中，串行控制器的每一個(gè)通道包括三個(gè)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(qǐng)求位配合。通過(guò)編程，W/REQ輸出在塊操作方式中能被定義為WAIT信號(hào)，在DMA方式中可作為REQ信號(hào)。

3.2 軟件的編寫(xiě)

不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)Z85C30的初始化流程不同，這就需要對(duì)Z85C30的寫(xiě)寄存器賦予相應(yīng)的初值。

圖3 8051與Z85C30的接口電路

在SCC初始化完成后，即可進(jìn)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(gè)傳送字符寫(xiě)到傳送緩沖器，中斷才會(huì)產(chǎn)生。第1個(gè)傳送字符到了SCC的移位寄存器，傳送中斷產(chǎn)生。然后，SCC繼續(xù)判斷中斷，直到報(bào)文結(jié)束。報(bào)文結(jié)束時(shí)，應(yīng)執(zhí)行復(fù)位發(fā)送中斷賦值命令，用來(lái)禁止發(fā)送請(qǐng)求中斷。SCC檢測(cè)到最后一個(gè)字符，中斷將停止，直到另外的報(bào)文寫(xiě)到傳送緩沖器。

寄存器RR2用來(lái)說(shuō)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(lái)指示中斷的類(lèi)型，它從A信道讀取。看網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(diǎn)/異常中斷、發(fā)送欠載/報(bào)文結(jié)束中斷、CTS中斷、同步/搜索中斷、DCD中斷、零計(jì)數(shù)中斷。它由WR1和WR15設(shè)置，只有WR1中外部/狀態(tài)中斷允許位置和WR15中的相應(yīng)控制位置位后，外部/狀態(tài)條件才會(huì)產(chǎn)生中斷。

結(jié)語(yǔ)

采用該設(shè)計(jì)方案，能夠滿(mǎn)足不同通信格式的要求，軟件編程可根據(jù)實(shí)際情況選用查詢(xún)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(qiáng)大，在許多嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，選用Z85C30作為通信控制器進(jìn)行開(kāi)發(fā)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)其預(yù)期的功能。