探索TL16C550D/DI：高性能異步通信元件的技術(shù)剖析

在當(dāng)今的電子通信領(lǐng)域，異步通信元件扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的TL16C550D和TL16C550DI這兩款異步通信元件（ACE），它們?cè)谛阅芎凸δ苌嫌兄T多亮點(diǎn)，能為各類通信應(yīng)用提供強(qiáng)大的支持。

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一、產(chǎn)品概述

TL16C550D和TL16C550DI是TL16C550C的速度和工作電壓升級(jí)版，而TL16C550C又是TL16C450的功能升級(jí)版。在加電時(shí)，它們與TL16C450功能等效，并且可以切換到FIFO模式。在FIFO模式下，接收器和發(fā)送器的FIFO可存儲(chǔ)多達(dá)16字節(jié)的數(shù)據(jù)，接收器FIFO還為每個(gè)字節(jié)額外存儲(chǔ)三位錯(cuò)誤狀態(tài)信息。此外，該模式下的可選自動(dòng)流控制功能，能通過RTS輸出和CTS輸入信號(hào)自動(dòng)控制串行數(shù)據(jù)流，顯著減少軟件負(fù)載，提高系統(tǒng)效率。

二、產(chǎn)品特性

（一）自動(dòng)流控制

自動(dòng)流控制包括自動(dòng)CTS和自動(dòng)RTS。在自動(dòng)CTS模式下，CTS輸入必須有效，發(fā)送器FIFO才能發(fā)送數(shù)據(jù)；在自動(dòng)RTS模式下，當(dāng)接收器需要更多數(shù)據(jù)時(shí)，RTS會(huì)變?yōu)橛行顟B(tài)，通知發(fā)送串行設(shè)備。當(dāng)RTS連接到CTS時(shí)，只有當(dāng)接收器FIFO有空間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸才會(huì)發(fā)生，從而避免了溢出錯(cuò)誤。

（二）時(shí)鐘速率與波特率

不同的電源電壓對(duì)應(yīng)不同的時(shí)鐘速率和波特率：

• 當(dāng)$V_{CC}=5V$時(shí)，時(shí)鐘速率最高可達(dá)24MHz，支持最高1.5Mbaud的操作。
• 當(dāng)$V_{CC}=3.3V$時(shí)，時(shí)鐘速率最高可達(dá)20MHz，支持最高1.25Mbaud的操作；對(duì)于ZQS封裝，時(shí)鐘速率最高可達(dá)48MHz（除數(shù) = 1），支持最高3Mbaud的操作；當(dāng)除數(shù)≥2時(shí)，時(shí)鐘速率最高可達(dá)40MHz，支持最高2.5Mbaud的操作。
• 當(dāng)$V_{CC}=2.5V$時(shí)，時(shí)鐘速率最高可達(dá)16MHz，支持最高1Mbaud的操作。

（三）標(biāo)準(zhǔn)異步通信特性

支持標(biāo)準(zhǔn)的異步通信位（起始位、停止位和奇偶校驗(yàn)位），可在串行數(shù)據(jù)流中添加或刪除這些位。同時(shí)，具有5V、3.3V和2.5V的工作電壓，獨(dú)立的接收器時(shí)鐘輸入，以及可獨(dú)立控制的發(fā)送、接收、線路狀態(tài)和數(shù)據(jù)集中斷。

（四）可編程特性

• 支持5、6、7或8位字符的可編程設(shè)置。
• 可選擇偶數(shù)、奇數(shù)或無校驗(yàn)位的生成和檢測(cè)。
• 能生成1、1.5或2個(gè)停止位。
• 波特率生成范圍從直流到1Mbit/s。

（五）其他特性

具備假起始位檢測(cè)、完整的狀態(tài)報(bào)告能力、三態(tài)輸出TTL驅(qū)動(dòng)能力、線路中斷生成和檢測(cè)功能，以及內(nèi)部診斷能力，如用于通信鏈路故障隔離的回環(huán)控制和錯(cuò)誤模擬。

三、封裝形式

TL16C550D有多種封裝形式可供選擇，包括48引腳的PT、48引腳的PFB、32引腳的RHB和24引腳的ZQS封裝。其中，RHB和ZQS封裝通過消除一些某些應(yīng)用不需要的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了引腳數(shù)量的減少，但大部分功能得以保留。

四、工作原理

（一）寄存器選擇

（二）FIFO控制與操作模式

1. FIFO控制寄存器（FCR）

FCR是一個(gè)只寫寄存器，用于啟用和清除FIFOs，設(shè)置接收器FIFO觸發(fā)級(jí)別，并選擇DMA信號(hào)類型。

2. FIFO中斷模式操作

當(dāng)接收器FIFO和接收器中斷啟用時(shí)，會(huì)根據(jù)不同的條件產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)可用中斷、FIFO超時(shí)中斷等；當(dāng)發(fā)送器FIFO和THRE中斷啟用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生發(fā)送器保持寄存器為空中斷。

3. FIFO輪詢模式操作

在FIFO輪詢模式下，用戶程序通過線路狀態(tài)寄存器（LSR）檢查接收器和發(fā)送器的狀態(tài)。

（三）中斷系統(tǒng)

ACE具有片上中斷生成和優(yōu)先級(jí)排序能力，提供四個(gè)優(yōu)先級(jí)級(jí)別的中斷：接收器線路狀態(tài)（最高優(yōu)先級(jí)）、接收器數(shù)據(jù)就緒或接收器字符超時(shí)、發(fā)送器保持寄存器為空、調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)（最低優(yōu)先級(jí)）。中斷識(shí)別寄存器（IIR）用于指示中斷是否掛起，并編碼中斷類型。

（四）可編程波特發(fā)生器

ACE包含一個(gè)可編程波特發(fā)生器，它可以將時(shí)鐘輸入（范圍在直流到16MHz之間）除以一個(gè)范圍在1到$(2^{16}-1)$之間的除數(shù)，輸出頻率為波特率的十六倍。計(jì)算公式為：$divisor = XIN頻率輸入 div (期望波特率 × 16 )$。

五、應(yīng)用信息

文檔中給出了不同封裝形式的基本配置和典型連接圖，如PT和PFB封裝、RHB封裝、ZQS封裝的基本TL16C550D配置，以及典型的與CPU的連接方式。這些圖示為工程師在實(shí)際應(yīng)用中提供了參考，幫助他們更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

六、電氣特性與包裝信息

（一）電氣特性

文檔詳細(xì)列出了不同工作電壓（2.5V、3.3V、5V）下的電氣特性，包括輸出電壓、輸入電流、時(shí)鐘輸入和輸出電容等參數(shù)，為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了準(zhǔn)確的電氣性能參考。

（二）包裝信息

提供了各種封裝形式的包裝信息，包括可訂購(gòu)的零件編號(hào)、狀態(tài)、材料類型、封裝、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、載體、RoHS合規(guī)性、引腳鍍層/球材料、MSL評(píng)級(jí)/峰值回流溫度和零件標(biāo)記等，方便工程師進(jìn)行采購(gòu)和使用。

七、總結(jié)

TL16C550D和TL16C550DI作為高性能的異步通信元件，具有豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)。無論是在時(shí)鐘速率、波特率、自動(dòng)流控制還是中斷系統(tǒng)等方面，都能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。工程師在設(shè)計(jì)通信電路時(shí)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用要求，選擇合適的封裝形式和工作參數(shù)，充分發(fā)揮這兩款元件的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要結(jié)合文檔中的電氣特性和包裝信息，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。