Z80 Family
CPU Peripherals
User Manual
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iii
Table of Contents
Counter/Timer Channels
CTC Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
CTC General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
CTC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Structure of Channel Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Interrupt Control Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
CTC Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
Pin Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
CTC Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
CTC Counter Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
CTC Timer Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
CTC Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Loading The Channel Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Loading The Time Constant Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Loading The Interrupt Vector Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
CTC Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
CTC Write Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
CTC Read Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
CTC Counting and Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
CTC Interrupt Servicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Interrupt Acknowledge Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Return from Interrupt Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Daisy-Chain Interrupt Servicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
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Table of Contents
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iv
Direct Memory Access
DMA Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
CPU Data Transfers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
DMA Data Transfers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
DMA Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
DMA Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Classes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Transfer Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Address Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Byte Matching (Searching) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Auto Restart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Pulse Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Variable Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Events and Actions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
Internal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
General Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Control And Status Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
Address and Byte Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Bus Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
Write Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
Write Register 0 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Write Register 1 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
Write Register 2 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
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Table of Contents
Z80 CPU Peripherals
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v
Direct Memory Access (continued)
Write Register 3 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
Write Register 4 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Write Register 5 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
Write Register 6 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Read Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
Review of Programming Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
Z80 DMA and CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
Z80 DMA and Z80 SIO Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
Using The Z80 DMA With Other Processors . . . . . . . . . . . . . . .142
Performance Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Bus Contention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Control Overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
The CPU As Bus Master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
The DMA As Bus Master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152
Register Bit Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
Write Register Bit Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
Read Register Bit Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174
Parallel Input/Output
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
PIO Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
Programming the PIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
Loading The Interrupt Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188
Selecting An Operating Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
Setting The Interrupt Control Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
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