基于Z85C30的多协议串行通信设计
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关键词：嵌入式系统 串行通信控制器（SCC） Z85C30
引言
我们在嵌入式系统的开发过程中，经常需要设计串行通信口，用以同其它设备或计算机网络交换数据。针对不同的应用场合及不同的通信格式，在硬件设计方面有许多不同的芯片可供选择，如Intel 8251A、Intel 8274、Intel 82530等。采用ZILOG公司的串行通信控制器Z85C30进行设计，和其它器件相比，具有功能强、速度快、外部逻辑少等优点。
1 串行通信控制器Z85C30介绍
Z85C30是ZILOG公司推出的一种串行通信控制器（SCC）。它具有双通道，适用于8位、16位处理器的系统，能够完成串行到并行、并行到串行的转换。Z85C30能够处理诸如异步格式、面向字节的同步规程（如IBM双同步规程）、面向比特的同步规程（如HDLC、SDLC）；能够产生、检查CRC循环冗余检验码。
Z85C30每个通道有14个写寄存器、7个读寄存器。通过对其编程，可将通信控制器配置满足各种格式，如数据长度、停止位的位数、有无奇偶检验等。
1.1 Z850C30主要性能
①同步速率。16MHz时钟下，传输速率达4Mb/s；使用16MHz时钟，传输速率达1Mb/s（FM编码）；使用16MHz时钟，传输速率达500Kb/s（NRZI编码）。
②异步性能。每个字符5、6、7或8位；1/2或2位停止位；奇或偶校验；1、16、32、64倍时钟格式；断点产生和测试；奇偶、超载和帧出错测试。
③按字节同步性能。内同步或外同步；1或2个同步字符；自动CRC产生、测试。
④SDLC/HDLC性能。异常中止序列的产生和检测；“0”的自动插入和删除，报文间标志的自动插入，地址段的识别，信息段剩余管理，CRC产生、测试；具有EOP识别/循不入口和出口的SDLC方式；可选NRZ、NRZI、曼彻斯特或FM编/解码；具有时钟恢复能力的数字锁相环；具有自动回波和局部回送的诊断能力。
另外，Z85C30能在SDLC/HDLC方式下更高效地工作，如果有10×19位SDLC/HDLC帧状态FIFO，14位SDLC/HDLC帧计数器，自动SDLC/HDLC标志发送，自动复位SDLC/HDLC Underrun/EOM标志，自动预置SDLC/HDLC CRC等。
1.2 Z85C30主要引脚简介
Z85C30引脚按功能分为7组：数据地址总线、总线时序和复位、控制引脚、中断控制、串行数据、通道控制引脚和时钟引脚，如图1所示。Z85C30引脚定义如图2所示。
D7～D0：数据地址总线，用于传送命令和数据。
RD、WR：读、写信号，用于对Z85C30的寄存器操作，低电平有效。
CE：片选信号。
A/B：A、B通道选择，低电平表示选择B通道，高电平选择A通道。
D/C：数据/控制选择，高电平表示与85C30之间传输的是数据，低电平表示与85C30间传输的是命令信号。
INT：中断请求，低电平有效，当SCC需要申请中断时，该信号有效。
INTACK：中断响应，低电平有效。
IEI：中断允许输入。输入，高电平有效。当有多个中断源时，IEI和IEO一起组成中断顺序链优先级排队电路。
IEO：中断允许输出。输出，高电平有效。
PCLK：时钟输入，用来同步内部信号，是标准的TTL电平信号。
TxD、RxD：发送、接收数据，分A、B两个通道。
TRxC、RTxC：通道时钟，它们能被编程为几种不同的操作械。RTxC能提供接收时钟或传送时钟（在输入方式），能提供传输时钟计数器输出（数据锁相器）、晶体振荡器输出、波特率发生器输出和输入时钟输出（它们都是在输出方式）。RTxC能提供接收时钟、传送时钟、波特率发生器时钟、数字锁相环时钟。
1.3 Z85C30的接口时序
RD和WR是总线传输的两个控制信号。CE、D/C、A/B和INTACK用于控制总线传输的类型。总线上传输的地址在有效后，RD和WR才变低。CE、WR和CE、RD锁存地址的时序是一致的。
（1）读周期时序
在RD和CE有效时，A/B和D/C上的地址被锁存。在此周期内CE必须保持低，并且INTACK必须保持高。Z85X30的总线驱动设备只有在RD和CE都有效地才使能。在读操作用D/C为高时，不会影响指针的状态。当D/C为低且在内部操作完成后，指针复位到0。
（2）写周期时序
在CE和WR有效时，A/B、D/C和数据D7～D0同时被锁存。在此周期内CE必须保持低，并且INTACK必须保持高。在写操作且D/C为高时，不会影响指针的状态。当D/C为低且在内部操作完毕后，指针复位到0。
（3）中断响应周期
当INTACK为低时，进入中断响应周期。这个A/B、D/C、CE、WR信号都被忽略。
1.4 Z85X30寄存器访问
访问寄存器有两个步骤，是使用寄存器指针来完成寻址的。为寻址一个指定的寄存器，先通过写入WR0的指针位来指定寄存器。因为Z85X30只有唯一的寄存器设置存在，因此，可以从两个通道中的任意一个将指针写入。当指针写入后，再次的读或写周期（当D/C为低时）将存取刚才指定的寄存器。在读和写周期结束时，指针被复位到0。
对RR8（接收数据缓冲FIFO）的读及对WR8（传送数据缓冲FIFO）的写操作，可以按以上方法进行，也可以在D/C为高时进行存取。当D/C为高时，可以直接对相应的数据寄存器进行存取，并且指针的状态为独立的。这样，允许在一个周期内寻址数据寄存器，并且不影响指针的状态。
2 Z85C30与CPU的接口
以下介绍以8051作CPU与Z85C30的接口电路，如图3所示。
Z85C30的时钟选用7.0728MHz。54LS373用来锁存片选信号和Z85C30的地址（用来区分命令、数据寄存器）。因为Z85C30的写时序在数据有效后，才应出现WR的下降沿；在数据无效之前，应出现WR上升沿。用1片D触发器54LS74和2个反相器件来延迟送到Z85C30的WR。由于电路设计为TTL电路，在实际的应用，还需加入TTL-RS232转换电路芯片。
3 软件设计
3.1 Z85Z30的I/O操作
X85C30有三种基本的I/O操作形式：查询、中断、块操作。这三种I/O操作在初始化和数据传送时涉及到寄存器操作。
查询方式依靠软件查询串行控制器，从而决定什么时候数据应从串行控制器输入或输出。在此模式中，主中断使能位和WAIT/DMA请求位都应编程为0，从而清除任何中断或DMA请求。查询是通过对RR0的状态检测进行的。在此模式中，中断功能失效。在转入数据处理前，必须对RR0读分析，以决定进入怎样的例程。
中断方式中，串行控制器的每一个通道包括三个中断源：接收器中断、发送器中断和外部/状态中断。
块操作方式可将W/REQ输出与WR1中的就绪/请求位配合。通过编程，W/REQ输出在块操作方式中能被定义为WAIT信号，在DMA方式中可作为REQ信号。
3.2 软件的编写
不同的应用场合，对Z85C30的初始化流程不同，这就需要对Z85C30的写寄存器赋予相应的初值。
图3 8051与Z85C30的接口电路
在SCC初始化完成后，即可进行通信。传送缓冲区和接收缓冲区全部为空。软件把第1个传送字符写到传送缓冲器，中断才会产生。第1个传送字符到了SCC的移位寄存器，传送中断产生。然后，SCC继续判断中断，直到报文结束。报文结束时，应执行复位发送中断赋值命令，用来禁止发送请求中断。SCC检测到最后一个字符，中断将停止，直到另外的报文写到传送缓冲器。
寄存器RR2用来说明中断矢量和状态，它从B信道读取。RR3是中断赋值寄存器，用来指示中断的类型，它从A信道读取。看网络补充版（www.dpj.com.cn）中列出了Z85C30的中断流程。
外部/状态中断源包括：断点/异常中断、发送欠载/报文结束中断、CTS中断、同步/搜索中断、DCD中断、零计数中断。它由WR1和WR15设置，只有WR1中外部/状态中断允许位置和WR15中的相应控制位置位后，外部/状态条件才会产生中断。
结语
采用该设计方案，能够满足不同通信格式的要求，软件编程可根据实际情况选用查询方式、中断方式、DMA传送方式，如需要可以加MODEM控制方式。由于Z85C30功能强大，在许多嵌入式系统、网络设计方面，选用Z85C30作为通信控制器进行开发，完全能够实现其预期的功能。
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