时间:2025/12/28 4:29:45
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NS16450是一种通用异步收发器(UART)芯片,由国家半导体公司(National Semiconductor,现已被TI收购)设计制造。该芯片是工业标准的串行通信接口器件之一,广泛应用于需要串行数据传输的系统中。NS16450作为早期的UART实现,继承了传统的8250和16450架构,支持基本的串行通信功能,包括数据的并行到串行转换、波特率生成、奇偶校验、数据帧格式设置等。它通常用于计算机串口(如RS-232接口)、嵌入式系统、工业控制设备以及通信模块中。NS16450内部包含一个8位可编程波特率发生器,能够通过外部晶体或时钟源产生所需的通信速率。其寄存器结构与IBM PC/AT中的串口控制器兼容,因此在PC兼容机中得到了广泛应用。尽管后续出现了带有FIFO缓冲区的NS16550等更先进型号,NS16450仍因其简单、稳定和低成本而在某些对性能要求不高的场合继续使用。该芯片采用DIP、SOIC等封装形式,工作温度范围通常满足商业级和工业级应用需求。
型号:NS16450
制造商:National Semiconductor(现Texas Instruments)
封装类型:PDIP-16, SOIC-16
工作电压:5V ±5%
最大波特率:1.5 Mbps(典型值)
数据位长度:5, 6, 7, 或8位
停止位:1, 1.5, 或2位
奇偶校验:支持奇、偶、无、强制奇或强制偶校验
中断支持:支持接收就绪、发送保持寄存器空、接收线路状态和调制解调器状态中断
波特率发生器:片上可编程分频器,支持标准波特率如9600、19200、38400、115200等
时钟输入:支持外部晶体或时钟信号输入,典型频率为1.8432 MHz或3.072 MHz
通信模式:全双工异步串行通信
寄存器兼容性:与8250 UART及IBM PC AT串口控制器兼容
I/O接口:TTL电平输入输出
工作温度范围:0°C 至 +70°C(商业级),部分版本支持-40°C 至 +85°C(工业级)
NS16450的核心功能基于经典的UART架构,具备完整的异步串行通信能力。其主要特性之一是寄存器级别的兼容性,尤其是与早期的8250 UART和IBM PC/AT系统的串口控制器完全兼容,这使得它能够在大量遗留系统和工业设备中无缝替换或升级。芯片内部集成了一个可编程的波特率发生器,用户可以通过写入除数寄存器来设定所需的通信速率,支持从低速到高达1.5 Mbps的传输速度,适用于多种串行协议如RS-232、RS-422和RS-485(需外加电平转换电路)。NS16450支持多种数据格式配置,包括5至8位数据长度、1或2个停止位以及多种奇偶校验方式,增强了其在不同通信环境下的适应性。
该芯片提供四个中断源:接收数据可用、发送保持寄存器为空、接收线路状态错误(如帧错误、奇偶错误、溢出)以及调制解调器状态变化(DCD、CTS、RI、DSR等信号的变化)。这些中断可以通过中断使能寄存器进行单独控制,并通过中断识别寄存器判断中断来源,从而实现高效的事件驱动通信处理。NS16450采用单字节接收和发送模式,即没有内置FIFO缓冲区,这意味着每次只能处理一个字节的数据,容易在高波特率或CPU响应延迟的情况下发生数据丢失,这也是其与后续NS16550的主要区别所在。尽管如此,在低速通信或实时性要求不高的应用中,这种简化的设计反而降低了系统复杂性和成本。
NS16450还支持本地环回测试模式,允许将发送数据直接反馈到接收端,用于诊断和调试通信链路。此外,芯片具有较低的功耗和良好的抗干扰能力,适合在工业环境中长期运行。由于其成熟的技术和广泛的文档支持,NS16450成为学习UART原理和开发串口驱动程序的理想选择。虽然现代系统更多采用集成度更高的SoC或带FIFO的UART芯片,但NS16450仍在一些专用设备、教育实验平台和维修替换场景中保持一定的市场需求。
NS16450广泛应用于各种需要串行通信的电子系统中。最典型的应用是在个人计算机和工控机的串行通信端口中,尤其是在早期的PC/AT架构中作为主串口控制器使用。它也被集成在许多嵌入式控制系统中,用于连接微控制器与外围设备,例如打印机、调制解调器、条码扫描仪、PLC(可编程逻辑控制器)以及人机界面(HMI)设备。在工业自动化领域,NS16450常被用于构建基于RS-232或RS-485协议的远程监控和数据采集系统,实现传感器、仪表与中央控制器之间的可靠通信。
此外,该芯片可用于通信网关和协议转换器中,将不同接口标准之间进行桥接,比如将TTL电平信号转换为RS-232电平并与PC进行通信。在科研和教学领域,NS16450由于其结构清晰、寄存器定义明确,常被用作UART原理的教学案例,帮助学生理解串行通信的基本机制和驱动程序编写方法。一些老旧的医疗设备、测试仪器和航空电子系统中也仍然保留着NS16450作为核心通信组件,因此在设备维护和备件替换时仍有需求。
由于NS16450不带FIFO缓冲区,其应用场景通常限于低速、低负载或CPU能够及时响应中断的系统。在需要高速率、大数据量传输或多任务处理的现代系统中,往往会被NS16550或更高集成度的通信芯片所取代。然而,在对成本敏感且功能简单的项目中,NS16450依然是一种经济实用的选择。同时,它的标准化接口也便于与其他逻辑电路或微处理器(如8051、Z80、68K系列)配合使用,构成定制化的通信子系统。
NS16550N
TL16C450
MAX3100EAI