探索TL16C550D/DI：高性能异步通信元件的技术剖析

在当今的电子通信领域，异步通信元件扮演着至关重要的角色。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的TL16C550D和TL16C550DI这两款异步通信元件（ACE），它们在性能和功能上有着诸多亮点，能为各类通信应用提供强大的支持。

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一、产品概述

TL16C550D和TL16C550DI是TL16C550C的速度和工作电压升级版，而TL16C550C又是TL16C450的功能升级版。在加电时，它们与TL16C450功能等效，并且可以切换到FIFO模式。在FIFO模式下，接收器和发送器的FIFO可存储多达16字节的数据，接收器FIFO还为每个字节额外存储三位错误状态信息。此外，该模式下的可选自动流控制功能，能通过RTS输出和CTS输入信号自动控制串行数据流，显著减少软件负载，提高系统效率。

二、产品特性

（一）自动流控制

自动流控制包括自动CTS和自动RTS。在自动CTS模式下，CTS输入必须有效，发送器FIFO才能发送数据；在自动RTS模式下，当接收器需要更多数据时，RTS会变为有效状态，通知发送串行设备。当RTS连接到CTS时，只有当接收器FIFO有空间存储数据时，数据传输才会发生，从而避免了溢出错误。

（二）时钟速率与波特率

不同的电源电压对应不同的时钟速率和波特率：

• 当$V_{CC}=5V$时，时钟速率最高可达24MHz，支持最高1.5Mbaud的操作。
• 当$V_{CC}=3.3V$时，时钟速率最高可达20MHz，支持最高1.25Mbaud的操作；对于ZQS封装，时钟速率最高可达48MHz（除数 = 1），支持最高3Mbaud的操作；当除数≥2时，时钟速率最高可达40MHz，支持最高2.5Mbaud的操作。
• 当$V_{CC}=2.5V$时，时钟速率最高可达16MHz，支持最高1Mbaud的操作。

（三）标准异步通信特性

支持标准的异步通信位（起始位、停止位和奇偶校验位），可在串行数据流中添加或删除这些位。同时，具有5V、3.3V和2.5V的工作电压，独立的接收器时钟输入，以及可独立控制的发送、接收、线路状态和数据集中断。

（四）可编程特性

• 支持5、6、7或8位字符的可编程设置。
• 可选择偶数、奇数或无校验位的生成和检测。
• 能生成1、1.5或2个停止位。
• 波特率生成范围从直流到1Mbit/s。

（五）其他特性

具备假起始位检测、完整的状态报告能力、三态输出TTL驱动能力、线路中断生成和检测功能，以及内部诊断能力，如用于通信链路故障隔离的回环控制和错误模拟。

三、封装形式

TL16C550D有多种封装形式可供选择，包括48引脚的PT、48引脚的PFB、32引脚的RHB和24引脚的ZQS封装。其中，RHB和ZQS封装通过消除一些某些应用不需要的信号，实现了引脚数量的减少，但大部分功能得以保留。

四、工作原理

（一）寄存器选择

通过A0 - A2和DLAB（除数锁存访问位）来选择不同的寄存器，如接收器缓冲寄存器、发送器保持寄存器、中断使能寄存器等。具体的寄存器选择规则如下表所示：	DLAB(1)	A2	A1	A0	REGISTER
0	L	L	L	接收器缓冲器（读），发送器保持寄存器（写）
0	L	L	H	中断使能寄存器
X	L	H	L	中断识别寄存器（只读）
X	L	H	L	FIFO控制寄存器（写）
X	L	H	H	线路控制寄存器
X	H	L	L	调制解调器控制寄存器
X	H	L	H	线路状态寄存器
X	H	H	L	调制解调器状态寄存器
X	H	H	H	临时寄存器
1	L	L	L	除数锁存器（LSB）
1	L	L	H	除数锁存器（MSB）

（二）FIFO控制与操作模式

1. FIFO控制寄存器（FCR）

FCR是一个只写寄存器，用于启用和清除FIFOs，设置接收器FIFO触发级别，并选择DMA信号类型。

2. FIFO中断模式操作

当接收器FIFO和接收器中断启用时，会根据不同的条件产生接收数据可用中断、FIFO超时中断等；当发送器FIFO和THRE中断启用时，会产生发送器保持寄存器为空中断。

3. FIFO轮询模式操作

在FIFO轮询模式下，用户程序通过线路状态寄存器（LSR）检查接收器和发送器的状态。

（三）中断系统

ACE具有片上中断生成和优先级排序能力，提供四个优先级级别的中断：接收器线路状态（最高优先级）、接收器数据就绪或接收器字符超时、发送器保持寄存器为空、调制解调器状态（最低优先级）。中断识别寄存器（IIR）用于指示中断是否挂起，并编码中断类型。

（四）可编程波特发生器

ACE包含一个可编程波特发生器，它可以将时钟输入（范围在直流到16MHz之间）除以一个范围在1到$(2^{16}-1)$之间的除数，输出频率为波特率的十六倍。计算公式为：$divisor = XIN频率输入 div (期望波特率 × 16 )$。

五、应用信息

文档中给出了不同封装形式的基本配置和典型连接图，如PT和PFB封装、RHB封装、ZQS封装的基本TL16C550D配置，以及典型的与CPU的连接方式。这些图示为工程师在实际应用中提供了参考，帮助他们更好地进行电路设计。

六、电气特性与包装信息

（一）电气特性

文档详细列出了不同工作电压（2.5V、3.3V、5V）下的电气特性，包括输出电压、输入电流、时钟输入和输出电容等参数，为工程师在设计电路时提供了准确的电气性能参考。

（二）包装信息

提供了各种封装形式的包装信息，包括可订购的零件编号、状态、材料类型、封装、引脚数量、包装数量、载体、RoHS合规性、引脚镀层/球材料、MSL评级/峰值回流温度和零件标记等，方便工程师进行采购和使用。

七、总结

TL16C550D和TL16C550DI作为高性能的异步通信元件，具有丰富的功能和灵活的配置选项。无论是在时钟速率、波特率、自动流控制还是中断系统等方面，都能满足不同应用场景的需求。工程师在设计通信电路时，可以根据具体的应用要求，选择合适的封装形式和工作参数，充分发挥这两款元件的优势。同时，在实际应用中，还需要结合文档中的电气特性和包装信息，确保电路的稳定性和可靠性。大家在使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。