XR16V2751：高性能双串口异步收发传输器（DUART）的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择一款合适的串口异步收发传输器（UART）至关重要。今天，我要为大家详细介绍 Exar 公司推出的 XR16V2751 高性能双串口异步收发传输器，它具有诸多出色的特性和强大的功能，能满足多种应用场景的需求。

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一、产品概述

XR16V2751（V2751）是一款集成了两个增强型 16C550 通用异步收发传输器（UART）功能的高性能器件。它拥有 64 字节的发送和接收 FIFO，可在 2.25V 至 3.6V 的电压范围内工作，且输入具备 5V 容限。其引脚和软件与 Exar 的 XR16L2751 兼容，同时相比 XR16V2750 增加了英特尔和摩托罗拉数据总线选择以及“PowerSave”模式，能有效降低睡眠模式下的电流消耗。

二、应用场景广泛

该器件适用于多种领域，如便携式设备、电信网络路由器、以太网网络路由器、蜂窝数据设备以及工厂自动化和过程控制等。其高性能和低功耗的特性，为这些应用场景提供了可靠的通信解决方案。

三、主要特性亮点

1. 出色的电气特性

• 宽电压范围：支持 2.25V 至 3.6V 的工作电压，满足不同电源系统的需求。
• 5V 容限输入：大部分输入引脚可承受 5V 电压，增强了与外部设备的兼容性。不过要注意的是，XTAL1 引脚不具备 5V 容限。

  2. 双独立 UART 通道

  每个通道都拥有独立的控制寄存器，且寄存器集与 16L2751 相同。它的数据传输速率在 3.3V 时最高可达 8Mbps，2.5V 时可达 6.25Mbps（8X 采样率），还配备了分数波特率发生器，能灵活选择合适的数据速率。

  3. 大容量 FIFO 设计

  发送和接收 FIFO 均为 64 字节，相比传统 UART 的小容量 FIFO，能显著增加外部处理器处理网络任务的时间间隔，提高数据处理效率。例如，采用 64 字节 FIFO 时，数据缓冲区在 6.1ms 内无需卸载/加载数据，而 16 字节 FIFO 仅能维持 1.53ms。

  4. 丰富的流控制功能

• 硬件流控制：支持自动 RTS/CTS 硬件流控制，并可选择自动 RTS 流控制滞后功能，有效防止数据溢出。
• 软件流控制：具备自动 Xon/Xoff 软件流控制，可根据接收到的特定字符暂停或恢复数据传输。

  5. 特殊功能支持

• RS - 485 半双工控制：通过自动 RS - 485 半双工方向控制输出，可方便地控制外部 RS - 485 收发器的工作状态。启用该功能后，发送完最后一个字符的停止位后，RTS# 输出会自动变为高电平，进入接收状态。
• 红外模式：包含与 IrDA 1.0 兼容的红外编码器和解码器，可实现无线红外数据传输。
• 睡眠模式与 PowerSave 功能：睡眠模式可在设备不活动时降低功耗，而 PowerSave 功能能进一步减少睡眠模式下的电流消耗，将其降至 15μA。
• 内部环回功能：可用于系统诊断，方便工程师进行故障排查。

四、功能详细解析

1. CPU 接口

该接口为 8 位数据宽度，带有 3 条地址线和控制信号，支持英特尔兼容的 CPU，并且与行业标准的 16C550 UART 兼容。数据总线操作无需时钟信号，每个总线周期采用异步方式。

2. 时钟与波特率设置

• 时钟源：可使用内部晶体振荡器（最高 24MHz）或外部时钟（最高 64MHz）作为输入。需要注意的是，XTAL1 引脚不支持 5V 信号，最大输入电压应为 VCC。
• 波特率发生器：每个 UART 都有独立的波特率发生器，预分频器由 MCR 寄存器的软件位控制，可选择将输入时钟除以 1 或 4。通过编程 DLL、DLM 和 DLD 寄存器，能灵活选择工作数据速率。

  3. 发送器与接收器

• 发送器：由 8 位发送移位寄存器（TSR）和 64 字节的 FIFO 组成，包括一个字节宽的发送保持寄存器（THR）。
• 接收器：包含 8 位接收移位寄存器（RSR）和 64 字节的 FIFO，以及一个字节宽的接收保持寄存器（RHR）。接收器会在每个数据位的中间位置进行验证和校验，确保数据的准确性。

  4. 中断管理

• 中断使能寄存器（IER）：用于屏蔽接收数据就绪、发送空、线路状态和调制解调器状态寄存器的中断。
• 中断状态寄存器（ISR）：提供六个中断状态位，可根据中断优先级依次处理中断请求。

  5. 寄存器配置

  每个 UART 通道都有一套独立的配置寄存器，包括数据保持寄存器、中断状态和控制寄存器、FIFO 控制寄存器、线路状态和控制寄存器、调制解调器状态和控制寄存器、波特率除数寄存器以及用户可访问的暂存寄存器等。这些寄存器的配置为设备的各种功能提供了灵活的控制方式。

五、使用注意事项

1. 睡眠模式

进入睡眠模式需要满足多个条件，包括无中断挂起、启用睡眠模式、调制解调器输入无切换以及 RX 输入引脚空闲为高电平。在睡眠模式下，晶体振荡器会停止工作以节省功率。但要注意，从睡眠模式唤醒后，由于晶体振荡器启动延迟，可能会丢失前几个接收字符，且数据速率越高，丢失的字符可能越多。为避免在重启时出现“break”条件，可在 RXA 和 RXB 引脚使用 47k - 100k 欧姆的上拉电阻，使 RX A/B 输入在睡眠模式下保持高电平。

2. 寄存器配置

在进行寄存器配置时，要注意不同寄存器的读写权限和配置顺序。例如，在启用自动 RTS 流控制时，需要先将 EFR 位 - 6 置为 1，然后将 MCR 位 - 1 置为逻辑 1 启动 RTS# 输出。同时，在修改增强功能位时，建议先将 EFR 位 - 4 置为 1，修改完成后再置为 0 以锁定新值，防止旧软件误修改。

总之，XR16V2751 凭借其丰富的功能、高性能和低功耗等特性，为电子工程师在设计串口通信系统时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，合理配置和使用该器件，能够为产品带来更稳定、高效的通信性能。大家在使用过程中有没有遇到什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。