Z80

シリアル通信

8ビット CPU Z80シリアル通信

Z80 にシリアル通信を接続する方法を示します.

シリアル通信とは

データを1ビットずつ送受信する通信をシリアル通信と言います．Z80でのシリアル通信は RS-232 が一般的で，最も簡単です．このシリアル通信には，送信と受信にそれぞれ伝送路がある全二重通信と，伝送路はひとつで送信と受信を切り替える半二重通信があります．この通信信号の同期には，クロックを同期する同期式通信，クロックは同期しないで伝送速度を予め決める非同期式 (調歩同期) 通信があります．ここでは，全二重通信の非同期式の回路とします．Z80マイコンとそのターミナルのPCとは，図1のようにして接続します．

RS-232 の結線

この図のように，たった3本の線でここで製作する Z80 マイコンと，ディスプレイとキーボードの役割をするターミナルが接続することが可能です．

Z80マイクロプロセッサーは，直接，図1に示した信号(Tx, Rx)を入力できません．Z80が外部から入力できる信号は，データバスに流れる8ビットのパラレル信号のみです．そのために，Z80とシリアル回線の間に，双方向(パラレル↔シリアル)に変換する回路が必要です．その回路は LSI 化されており，Intel 8251が最も有名です，この LSI については，次節以降で説明します．

シリアル通信用 LSI Intel 8251 USART

概要

シリアル通信用の LSI はいろいろありますが，Intel 8251 USRT が最も多く使われたようです．USART(Universal Synchronous/Asynhronous Receiver/Transmitter)とは，汎用同期/非同期の受信/送信というような意味です．セカンドソースもあるようなので，それを使うこともできます．図2に，NECの互換 IC を示します．

8251の互換IC(NEC D8251AC)

8251はマイクロプロセッサーとシリアル通信ラインの間に入り，パラレルとシリアルデータの変換が主な役割です．また，両者の通信速度の違いの調整も行います．シリアル通信はマイクロプロセッサーと比較してデータの送受信が大変遅いので，その間に入り両者に適した速度に合わせる必要があります．

ここでは，8251を使うために必要な知見を示します．

端子配置

図3に8251の実体図を示します．28ピンのパッケージに収められています．端子の名前らから機能が想像できるものもあります．もちろん，見当がつかないものもあるでしょう．そこで，図4のように端子を機能別に分けて説明します．8251の端子は，(1)データバス，(2)リード/ライト制御，(3)送信，(4)受信，(5)モデム制御，(6)電源/グラウンドと6種類に分けることができます．これで，何となく動作が分かったような気になります．

図4に示す端子の入出力の区別は矢印で表しています．また，機能名称の上に線が引かれているピンはアクティブ Low であることを示しています．


8251のピン配置	8251の各ピンの機能

機能

各ピンの機能は，以下の通りです．これは，参考資料[1][2]に書かれている内容です．

データバス

8251のデータバスは直接CPUのデータバスに接続され，データの受け渡しに使われます．

D₀ — D₇
(データバス)

出力: アクティブ High，トライステート
マイクロプロセッサーとのデータの受け渡しに使われます．受け渡しは，1バイト(8ビット)単位です．

リード/ライト制御

RESET	入力: アクティブ High Hレベルになると，この LSI は初期状態にリセットされます．
CLK (CLocK)	入力このクロック信号は内部デバイスのタイミング用で，他のクロック信号 RxC や TxC とは独立です．このクロック信号(CLK)は，同期モードでは RxC や TxC の30倍以上，非同期では4.5倍以上でなくてはなりません．
C/D (Control/Data)	入力 H:コントロール, L:データ CPUが8251にアクセスするときのレジスターを選択します．
RD (ReaD)	入力アクティブ Low Lレベルの時，8251のレジスタの内容がデータバスに出力されます．
WR (WRite)	入力アクティブ Low Lレベルの時，マイクロプロセッサーがデータバスに出力したデータを 8251 が読み込みます．
CS (Chip Select)	出力アクティブ Low Lレベルになるとこの 8251 がマイクロプロセッサーと通信可能になります．外部装置として，マイクロプロセッサーに接続する場合にLレベルにします．

送信

TxD (Transmitter Data)	出力この端子からシリアルデータを出力します．リセットの後，あるいは送信が禁止されている時には，「マーク状態」(Hレベル)になります．
TxRDY (Transmitter Ready)	出力 8251がデータキャラクターを受信可能なときに，端子がHレベルになります．このとき，8251はデータの送信が可能ということです．
TxEMPTY (Transmitter EMPTY)	出力 H:バッファーが空送信データが無くなったときに，Hレベルになります．プロセッサーからデータを受け取るとるために WR端子の立ち上がりを検知すると，TxEMPTY は L レベルになります．
TxC (Transmitter Clock)	入力送信データの送信スピードを制御するクロック信号を入力します．同期モードでは，ボーレートはこのクロック(TxC)は同一になります．非同期モードでは，1倍と1/16倍，1/64倍を選択することができます．

受信

RxD (Receiver Data)	入力この端子からシリアルデータを 8251 に入力します．
RxRDY (Receiver Ready)	出力 8251にマイクロプロセッサーが読み込むデータが含まれているときに，Hレベルになります．マイクロプロセッサーがデータを読み込み時，RD端子の立ち上がりを検知すると，Lレベルになります．マイクロプロセッサーが　8251 のデータを読み込む前に，次のデータを受信すると，前のデータは失われます．この場合，オーバーランフラグが立ちます．
RxC (Receiver Clock)	入力受信データの受信スピードを制御するクロックを入力します．同期モードでは，ボーレートと同じ周波数にします．非同期モードでは，RxCと同一にし，1倍，1/16倍，1/64倍の設定ができます．
SYNDET (SYNc DETect/braek detect)	双方向コントロールワードの設定により，同期モードでは，この端子は入力あるいは出力として使われます．出力として使う場合(内部同期モード)，SYNC文字を検出したときに H レベルになり，ステータスワードを読むとリセットされます．外部同期モードでは，この端子は入力で，Hレベルにすると非同期モードでは

モデム制御

DSR (Data Set Ready)	入力．
DTR (Data Terminal Ready)	出力．
CTS (Clear To Send)	入力．
RTS (Request To Send)	出力．

電源/グラウンド

Vcc (supply Voltage)	電圧入力．
GND (GrouND)	基準電位．

ページ作成情報

参考資料

8251のデータシート「Intel 8251A PROGRAMMABLE COMMUNICATION INTERFACE」．

柏谷栄一　佐野羊介　中村陽一　若島正敏, マイコン応用システム入門[ハード編], 東京電機大学出版局, 2005年

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8251 UNIVERSAL SYNCHRONOUS ASYNCHRONOUS RECEIVER TRANSMITTER (USART)．

更新履歴

2014年

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