XR16M570：高性能UART的卓越之选

在电子设计领域，通用异步收发传输器（UART）是实现数据通信的关键组件。今天，我们要深入探讨一款高性能UART——XR16M570，它在众多应用场景中展现出了卓越的性能和丰富的功能。

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一、产品概述

XR16M570是一款单通道UART，具有16字节的发送和接收FIFO，支持自动硬件和软件流控制，数据速率最高可达16 Mbps（3.3V时）。它采用先进的CMOS工艺制造，工作电压范围为1.62V至3.63V，配置寄存器与16550 UART兼容，方便用户进行控制、状态监测和数据传输。

（一）特性亮点

1. 高数据速率：能够在不同电压下实现高速数据传输，如3.3V时可达16 Mbps，2.5V时为12.5 Mbps，1.8V时为7.5 Mbps（4X数据采样率）。
2. 丰富的流控制功能：支持自动RTS/CTS硬件流控制和自动XON/XOFF软件流控制，有效防止数据溢出。
3. FIFO特性：16字节的发送和接收FIFO，可选择触发级别，提高数据处理效率。
4. 独立的TX/RX波特率生成器：允许发送器和接收器以不同的波特率工作，增加了设计的灵活性。
5. 低功耗模式：睡眠模式和PowerSave模式可降低功耗，适合电池供电设备。
6. 多种接口模式：支持RS - 232、RS - 485和红外（IrDA 1.0和1.1）接口，满足不同应用需求。

（二）应用场景

XR16M570适用于多种设备，包括个人数字助理（PDA）、手机、电池供电设备、全球定位系统（GPS）和蓝牙设备等。其高性能和低功耗特性使其成为这些应用的理想选择。

二、功能详细解析

（一）CPU接口

XR16M570的CPU接口为8位数据总线，带有3条地址线和控制信号，支持与Intel兼容的CPU。数据总线事务无需时钟，每个总线周期通过CS#、IOR#和IOW#输入实现异步操作。

（二）串行接口

该UART通常与RS - 232、RS - 485和IR收发器配合使用。通过不同的连接方式，可实现全双工和半双工通信，满足各种应用场景的需求。

（三）设备复位

RESET输入可将内部寄存器和串行接口输出重置为默认状态。需要一个持续时间超过40 ns的高电平脉冲来激活复位功能。复位后，XR16M570与前代UART（如XR16L570和ST16C550）软件兼容。

（四）内部寄存器

XR16M570拥有一组与16550兼容的寄存器，用于控制、监测和数据加载/卸载。这些寄存器包括数据保持寄存器（THR/RHR）、中断状态和控制寄存器（ISR/IER）、FIFO控制寄存器（FCR）等。此外，还提供了增强功能寄存器（EFR、Xon1/Xoff1、Xon2/Xoff2等），实现自动RTS和CTS硬件流控制、自动Xon/Xoff软件流控制等高级功能。

（五）INT输出

中断输出根据操作模式和增强功能设置而变化。在发送器和接收器中，INT引脚的状态与FIFO的状态相关，可用于触发中断服务程序。

（六）晶体振荡器或外部时钟输入

芯片内部包含一个振荡器，当在XTAL1和XTAL2之间连接晶体时，可为波特率生成器提供时钟。也可将外部时钟连接到XTAL1引脚，以实现标准或自定义的波特率。

（七）可编程波特率生成器

XR16M570具有独立的波特率生成器（BRG），发送器和接收器分别有预分频器。预分频器由MCR寄存器中的软件位控制，可将输入晶体或外部时钟除以1或4。BRG进一步将时钟除以可编程的除数，以获得16X、8X或4X的串行数据采样时钟。

（八）发送器

发送器由8位发送移位寄存器（TSR）和16字节的FIFO组成，包括一个字节宽的发送保持寄存器（THR）。TSR以16X/8X/4X内部时钟移位数据位，发送数据时添加起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。

（九）接收器

接收器包含8位接收移位寄存器（RSR）和16字节的FIFO，包括一个字节宽的接收保持寄存器（RHR）。RSR使用16X/8X/4X时钟进行定时，验证和确认每个数据位。当接收到数据时，RHR可触发接收数据就绪中断，确保数据及时处理。

（十）自动流控制

1. 自动RTS（硬件）流控制：用于防止本地接收器FIFO数据溢出。通过EFR位 - 6启用，RTS#输出用于请求远程单元暂停/恢复数据传输。
2. 自动CTS流控制：防止远程接收器FIFO数据溢出。通过EFR位 - 7启用，CTS#输入用于监测并暂停/重启本地发送器。
3. 自动Xon/Xoff（软件）流控制：当软件流控制启用时，M570将接收到的字符与编程的Xon或Xoff字符值进行比较，根据匹配情况暂停或恢复传输。

（十一）特殊功能

1. 特殊字符检测：通过设置增强功能寄存器（EFR）的位 - 5，可检测特定的8位字符，并将其放入FIFO中。
2. 多播模式：包括正常多播模式和自动地址检测模式，可提高通信效率。
3. 红外模式：支持IrDA 1.0和1.1标准，通过设置MCR寄存器的位 - 6启用，可实现红外数据传输。
4. 睡眠模式和PowerSave模式：睡眠模式可在满足特定条件时降低功耗，PowerSave模式可进一步减少不必要的功耗。
5. 内部回环：通过设置MCR寄存器的位 - 4启用内部回环功能，用于系统诊断。

三、内部寄存器详细说明

（一）主要寄存器

1. 接收保持寄存器（RHR）：只读寄存器，保存从接收移位寄存器接收到的数据字节。
2. 发送保持寄存器（THR）：只写寄存器，主机将发送数据字节写入THR，转换为串行数据流。
3. 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。
4. 中断状态寄存器（ISR）：提供六个中断状态位，指示当前最高优先级的待处理中断级别。
5. FIFO控制寄存器（FCR）：用于启用FIFO、清除FIFO、设置发送/接收FIFO触发级别和启用唤醒中断。
6. 线路控制寄存器（LCR）：指定异步数据通信格式，包括字长、停止位和奇偶校验。
7. 调制解调器控制寄存器（MCR）：控制串行/调制解调器接口信号或通用输入/输出。
8. 线路状态寄存器（LSR）：提供UART与主机之间数据传输的状态信息。
9. 调制解调器状态寄存器（MSR）：提供调制解调器接口输入信号的当前状态。
10. 波特率生成器寄存器（DLL、DLM和DLD）：组成波特率除数的值，发送器和接收器可使用不同的设置。

（二）增强功能寄存器

还包括一些增强功能寄存器，如EFR、FCTR、EMSR等，用于实现自动流控制、特殊字符检测、多播模式等高级功能。

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

• 电源范围：3.6V
• 任何引脚电压：GND - 0.3V至3.6V
• 工作温度：-40°C至+85°C
• 存储温度：-65°C至+150°C
• 封装功耗：500 mW

（二）典型封装热阻数据

不同封装的热阻数据有所不同，如32 - QFN封装的theta - ja = 33°C/W，theta - jc = 22°C/W。

（三）电气特性

包括直流电气特性和交流电气特性，如输入输出电压、电流、时钟频率、时序等参数，确保在不同工作条件下的稳定性能。

五、总结

XR16M570作为一款高性能UART，具有丰富的功能和出色的性能。其高数据速率、灵活的流控制、低功耗模式以及多种接口支持，使其在各种应用场景中都能发挥重要作用。电子工程师在设计通信系统时，XR16M570无疑是一个值得考虑的选择。你在使用UART的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。