深入剖析SERCON816：SERCOS接口控制器的技術(shù)探秘

在工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域，SERCOS接口發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而SERCON816作為一款專門用于SERCOS接口的單芯片控制器，為工業(yè)控制帶來了高效、可靠的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款控制器。

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一、SERCON816概述

SERCON816是一款用于SERCOS接口通信系統(tǒng)的集成電路。SERCOS接口是一種數(shù)字接口，適用于需要在短且固定的間隔（62.5μs到65ms）內(nèi)周期性交換信息的系統(tǒng)之間的通信，非常適合分布式控制或測(cè)試設(shè)備的同步操作，例如驅(qū)動(dòng)器和數(shù)控系統(tǒng)之間的連接。

一個(gè)SERCOS接口通信系統(tǒng)由一個(gè)主站和多個(gè)從站組成，這些單元通過光纖環(huán)連接，光纖環(huán)從主站開始并結(jié)束于主站。從站會(huì)再生和轉(zhuǎn)發(fā)接收到的數(shù)據(jù)，或者發(fā)送自己的報(bào)文。通過這種方式，主站發(fā)送的報(bào)文可以被所有從站接收，而主站也能接收來自從站的數(shù)據(jù)報(bào)文，光纖的使用保證了高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸和出色的抗干擾能力。

SERCON816集成了SERCOS接口的所有硬件相關(guān)功能，大大降低了硬件成本和微處理器的計(jì)算時(shí)間需求，它是光電接收器、發(fā)射器和執(zhí)行控制算法的微處理器之間的直接連接。該芯片既可以用于SERCOS接口的主站，也可以用于從站。

其主要功能包括：

1. 微處理器接口：具有8位或16位數(shù)據(jù)總線寬度，控制線路符合英特爾或摩托羅拉標(biāo)準(zhǔn)。
2. 串行接口：可直接與光纖環(huán)的光接收器和發(fā)射器連接，或通過驅(qū)動(dòng)器與電氣環(huán)或總線連接。集成了數(shù)據(jù)和時(shí)鐘再生、環(huán)形拓?fù)涞闹欣^器以及串行發(fā)射器和接收器，能對(duì)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并生成測(cè)試信號(hào)，串行接口在無外部電路的情況下最高可運(yùn)行至16Mbaud。
3. 雙端口RAM：容量為2048 * 16位，用于存儲(chǔ)控制和通信數(shù)據(jù)，內(nèi)存組織靈活。
4. 報(bào)文處理：可自動(dòng)傳輸和監(jiān)控同步和數(shù)據(jù)報(bào)文，僅處理特定接口用戶的傳輸數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在內(nèi)部RAM（單緩沖或雙緩沖）中，也可通過直接內(nèi)存訪問（DMA）進(jìn)行傳輸，還能自動(dòng)執(zhí)行多個(gè)通信周期的服務(wù)通道信息傳輸。 此外，除了SERCOS接口，SERCON816還可用于其他實(shí)時(shí)通信任務(wù)，也支持RS - 485信號(hào)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍廣泛。

二、引腳描述

SERCON816具有豐富的引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能，以下為部分重要引腳介紹：

數(shù)據(jù)與地址相關(guān)引腳

• D15 - 0：數(shù)據(jù)總線，8位總線接口通過D7 - 0讀寫數(shù)據(jù)，16位總線接口通過D15 - 0讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)ADMUX為1時(shí)，通過D15 - 0輸入存儲(chǔ)在地址鎖存器中的地址。
• ALEL、ALEH：地址鎖存使能信號(hào)，僅在ADMUX為1時(shí)使用。當(dāng)ALEL/ALEH為1時(shí)，信號(hào)從數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)降刂房偩€；當(dāng)ALEL/ALEH為0時(shí)，存儲(chǔ)地址。當(dāng)ADMUX為0時(shí)，需連接到VDD。

  讀寫控制引腳

• RDN：讀信號(hào)，對(duì)于英特爾總線接口，RDN為0時(shí)讀取數(shù)據(jù)；對(duì)于摩托羅拉總線接口，根據(jù)BUSMODE1的值不同，RDN為0或1時(shí)進(jìn)行讀寫操作。
• WRN：寫信號(hào)，對(duì)于英特爾總線接口，WRN為0時(shí)寫入數(shù)據(jù)；對(duì)于摩托羅拉總線接口，WRN用于選擇數(shù)據(jù)總線的讀（WRN = 1）和寫（WRN = 0）操作。

  其他重要引腳

• BUSYN：RAM忙信號(hào)，低電平有效。當(dāng)內(nèi)部報(bào)文處理與對(duì)雙端口RAM同一內(nèi)存位置的訪問同時(shí)進(jìn)行時(shí)，該信號(hào)有效。
• DMAREQR、DMAREQT：DMA請(qǐng)求接收和發(fā)送信號(hào)，高電平有效，分別在可讀取接收FIFO數(shù)據(jù)和可向發(fā)送FIFO寫入數(shù)據(jù)時(shí)激活。
• DMAACKRN、DMAACKTN：DMA確認(rèn)接收和發(fā)送信號(hào)，低電平有效，分別在DMAACKRN為0和DMAACKTN為0時(shí)，獨(dú)立于A6 - 1和片選信號(hào)對(duì)接收FIFO和發(fā)送FIFO進(jìn)行讀寫操作。

三、電氣特性

絕對(duì)最大額定值

推薦工作條件

電氣參數(shù)

在VDD = 5V ± 5%，環(huán)境溫度 -40°C到 +85°C的條件下，芯片具有一系列電氣參數(shù)，如輸入輸出電壓、電流、電阻、電容等。例如，低電平輸入電壓（TTL）所有輸入為0.8V，高電平輸入電壓（TTL）所有輸入為2.0V等。

功耗

在16Mbaud，MCLK = 64MHz的條件下，功耗典型值為850mW，最大允許功耗在TA = +85°C且無氣流時(shí)為1000mW。為降低功耗或避免超過最大允許功耗，可采取連接未使用引腳到上拉或下拉電阻、最小化引腳電容負(fù)載、降低SCLK和MCLK的時(shí)鐘頻率、減少對(duì)內(nèi)部RAM和控制寄存器的訪問等措施。

四、控制寄存器和RAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

控制寄存器地址

控制寄存器的地址由A6 - 1輸入，為字地址，計(jì)算字節(jié)地址時(shí)需將其值乘以2。除啟動(dòng)操作的控制位（W）外，所有控制寄存器均可讀寫（R/W），狀態(tài)寄存器只能讀取（R）。

RAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 固定含義部分：RAM的前11個(gè)字有固定含義，如0 - 1為傳輸塊0 - 1的起始位置，2 - 9為服務(wù)容器0 - 7的地址等。
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)劃分：其余部分可根據(jù)需要?jiǎng)澐譃椴煌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括報(bào)文頭、數(shù)據(jù)容器、結(jié)束標(biāo)記和服務(wù)容器。
  • 報(bào)文頭：包含5個(gè)控制字，用于存儲(chǔ)報(bào)文地址、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、有效性等信息。
  • 數(shù)據(jù)容器：由1或2個(gè)16位控制字和可變數(shù)量的數(shù)據(jù)字組成，結(jié)構(gòu)取決于報(bào)文是發(fā)送還是接收。
  • 結(jié)束標(biāo)記：由兩個(gè)16位字組成，用于標(biāo)記最后一個(gè)報(bào)文的結(jié)束時(shí)間。
  • 服務(wù)容器：包含5個(gè)控制字和一個(gè)緩沖區(qū)，控制字的編碼根據(jù)主從模式不同而有所差異。

五、其他信息

額外規(guī)格

• 參考手冊(cè)：SERCON816的參考手冊(cè)（160頁(yè)）詳細(xì)描述了芯片的各個(gè)方面，包括引腳定義、微處理器接口、串行接口、報(bào)文處理、主從模式、控制和RAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程示例以及電氣和機(jī)械特性等，還介紹了與SERCON410B控制器的差異。
• SERCOS接口規(guī)范：SERCOS接口規(guī)范（IEC/EN 61491）詳細(xì)描述了傳輸介質(zhì)、物理層、數(shù)據(jù)傳輸和鏈路層、協(xié)議結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)內(nèi)容、通信階段、功能處理和錯(cuò)誤處理等內(nèi)容，I/O功能在單獨(dú)的文檔中描述。

  硬件和軟件組件

  全球多個(gè)供應(yīng)商提供SERCON816控制器的主從例程（驅(qū)動(dòng)軟件），同時(shí)還提供適用于多種計(jì)算機(jī)接口的不同電路板，包括ISA、VME、PCI和PC/104總線系統(tǒng)。

  工具

  針對(duì)SERCOS接口，有多種開發(fā)和測(cè)試工具可供使用，如總線監(jiān)視器、配置和仿真工具以及一致性測(cè)試工具等。

SERCON816憑借其豐富的功能、靈活的配置和出色的性能，為工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信提供了強(qiáng)有力的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師可以根據(jù)具體需求，合理利用其各項(xiàng)特性，設(shè)計(jì)出高效、可靠的工業(yè)控制系統(tǒng)。大家在使用SERCON816的過程中，有沒有遇到過什么獨(dú)特的問題或者有什么特別的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。