基于Z85C30的多协议串行通信设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:简要从硬件和软件两方面介绍一种嵌入式多协议串行通信设计方案。该设计方案采用多协议串行通信控制器Z85C30及外围电路开发,通过软件编程,可满足各种串行通信要求,如异步、按字节同步、按位同步等通信格式。 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%26;#215;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。

关键字:多协议  协议  串行通信  通信

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