基于单片机的以太网接口设计.doc

王颖（北戴河电子仪器厂秦皇岛）“。一一一一一一一一。一。摘要文中介绍设计现场总线设备通过嵌入协议实现单片机设备接人以太网，完成测试计算机与终端设备的远程通信和控制。关键词单片机以太网协议。一。，。一。以为代表的网络技术的出现及迅猛发展，为测量仪器仪表技术带来前所未有的发展空间和机遇，越来越多的嵌人式应用系统需要支持网络功能，从而网络化测量技术及具备网络功能的新型测试应用网络中。文中介绍用的以太网控制芯片与 单片机设计嵌入协议，实现机与现场终端设备通过以太网的通信与控制。仪器应运而生。协议，一种网络互联设备数据共享的通信协议是常用的网络标准之一，测量仪器以太网控制器简介嵌入协议，即可便捷的通过网络接口接人到集成，内置 以太间的和之间的自动建立。这样，的路由表能够随着的变化而自动调整，可以成为一个能够不断改变网络拓扑结构的大型网络。（收稿日期：年月日） ， ，（ ， ， ，） ， ， ，万方数据 （ ） 网物理层器件；完全兼容 网络；全半双工，自适应；自动极性检测和纠正；碰撞自动重发；自动填充和生成；支持广播和多播寻址；作时，器件会以初始化状态启动。从升至到退出复位状态要有一个延时，该延时的典型值为。时钟选择使用外部并行方式晶体振荡器作为器件的时钟源，晶体在器件退出复位后立即启动，并在器件再次进人复位状态或掉电之前一直保持运行。支持和两种总线方式；并行接口 存储器，可对其进行灵活编程；工的并行主机接口，支持和厂预编程的唯一 地址。硬件电路设计系统的硬件电路原理可参考图。的外围电路主要考虑其复位引脚、晶振输入、并行接口和与以太网变压器的连接。介绍如下。两种总线方式，且支持地址数据复用和非复用方式。可以通过将和引脚接地或拉高电平来实现对主机接口总线方式的配置。以太网变压器为了提高高频信号传输的可靠性，在的接收与发射端设计了以太网变压器，即在差分接收引脚（一）上，需要个专用于操作复位电路的：脉冲变压器；在差分发送引脚（一）上，设计运用的上电复位功能，在上电期问，保持在复位状态，引脚被驱动到低电平，直到上升到超过电平，就会在片内产生上电复位脉冲。当上升到足够器件上需要外接个带有中心抽头的：脉冲变压器。变压器应具有 以上的电压隔离性能，以防止静电干扰。发送端需要个（精度为）的电阻和个的电容与特定端相连，接收端需要个图系统硬件电路原理图中国新通信（技术皈万方数据（电阻与特定端相连（具体连接方式见图）。，注意说明晶体振荡器电路对布局非常敏感。应将晶体尽可能地靠近器件的引脚，布线应尽可能地短并用地平面屏蔽，以防止其他引线引入噪声或干扰。所有电源引脚都必须与同一个外部电源相连。类似地，所有参考地都应在外部连接到相同的接地点。每个和地之间都应连接一个的陶瓷旁路电容，且尽可能靠近引脚。需要特别说明的是，驱动双绞线接口需要相对高的电流，因此以太网的收发数据线应尽可能短，并且线径适当加大以减少电阻损耗。软件设计图接收流程嵌入协议的单片机汇编程序设计单片机接人以太网，必须嵌人协议，用户终端的应用程序才可以使用通用的网络编程技术，使用套接字，与单片机建立连接，实现数据通信。由于单片机的资源有限，所以网络协议根据嵌入式应用的需求作了裁剪，系统中使用了、等部分协议，既保证单片机接人以太网，又保证足够小的代码量。单片机主要完成初始化，发送控制，接收控制三部分功能，现场通过单片机将数据按照协议格式打包，送人，由将数据输出到局域网中。根据需要在收到局域网数据时，先完成数据预处理，再将处理好的数据送到单片机完成远程控制。简要工作步骤如下：（） （）初始化并查询网络连接否；（）（）打开设置端口，等待欲处理的以太网帧事件；（ （）接收数据帧中断，读取接收缓冲区数据帧，对帧进行解包处理；（）（）采集数据打包发送给机；（）进人下轮循环。接收与发射程序流程如图、所示。用户终端程序设计为了实现对嵌入的单片机通信系统设备的控制，用在用户终端上编写数据图发射流程传输的应用程序。通常采用编程，先创建一个套接字，绑定地址和端口号，使用数据报，与嵌人单片机系统的套接字建立连接，当有网络数据到达时，响应消息，读取数据并处理；当用户需要控制嵌入式设备，调用函数发送控制命令或数据。万方数据 （ ） 系统性能分析系统初始化完成后，进入事件循环体，不断查询的事件队列是否有事件，当事件队列非空，则读取事件标志字，判断事件类型，而后调用对应事件处理子程序。处理子程序执行完毕后，仍然返回到事件循环体中。事件标志字由中断直接驱动，当事件发生后，只需在中断服务程序中将状态字的对应位置位（接收或发送），中断不断向事件队列中添加事件，而处理程序则不停地从事件队列中读取事件标志字，处理事件。由于在中断处理程序中，仅执行了改变事件标志字这样的简单程序语句，把事件添加到的事很短，从而增强了系统对中断处理的实时隆。根据当前读取的事件，进行相应事件处理或者向事件队列中添加进一步处理所需的事件。这实际上是对任务都进行了分步处理，在执行一步某一任务的同时，也可以执行一步其他任务。这样，在不影响主程序流程的情况下，提高了系统的实时性。结束语的集成多种功熊的以太控制器有效地减轻了单片机的载荷，它内部的收发接口单元操作起来灵活方便，为以太网数据包提供了有效的缓冲；该芯片具有稳定的工作性能和抗干扰抗震性能，能够进行稳定的数据传递。件队列中后就立即返回，所以系统关闭中断的时间参考文献【】潘琢金高速单片机原理及应用北京：北京航空航天大学出版社，】范建华详解卷：协议北京：机械工业出版社，【 单芯片以太网控制器数据手册，【】 ，（收稿日期：年月日） （ ， ，） ， 通信业巨头开始构建技术知识产权许可框架日前，无线通信行业几大巨头，包括爱立信、阿尔卡特朗讯、 、诺基亚、诺基亚西门子网络和索尼爱立信等公司宣布，将共同为长期演进和系统体系架构演进标准（）构建一个知识产权（）许可框架，制定可预见的、更为透明的专利许可费限制。该许可框架依据行业普遍流行的公正、合理和非歧视（）专利许可条款。这表明，上述企业同意基于互惠互利的原则，按照终端产品所用技术的附加值收取合理的专利许可费，并根据许可方在相关产品标准知识产权中所占份额迸行灵活的许可授权。这些企业一致支持，对手机核心知识产权收取的最大专利许可费不超过手机售价的，对于内置功能的笔记本电脑，上述企业同意，对笔记本电脑收取的最大专利许可费不超过美元。各方均认为，市场将推动许可机制遵循这些原则以及对专利许可费的限制。该许可框架将协调成功普及标准所需的一般商业条件，进一步推动标准最终被行业的标准化论坛及机构所采纳。万方数据基于单片机的以太网接口设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：王颖， Wang Ying北戴河电子仪器厂,秦皇岛,066100中国新通信CHINA NEW TELECOMMUNICATIONS2008，(17)0次参考文献(4条)1.潘琢金 C8051F高速SOC单片机原理及应用 20022.范建华 TCP/IP详解卷1:协议 20003.Silicon Laboratories CP2200/1单芯片以太网控制器数据手册 20074.Silicon Laboratories AN237.PDF 2006相似文献(10条)1.期刊论文 付蓉.高晓丁.王旭.居法立.FU Rong.GAO Xiao-ding.WANG Xu.JU Fali 基于C8051F020单片机的以太网通信 -微处理机2009,30(1)介绍了C8051F020和以太网控制芯片RTL8019AS的技术特点.设计了以单片机C8051F020和以太网控制芯片RTL8019AS连接的嵌入式系统以及系统软件;实现了8位单片机以太网通信设计方案.2.期刊论文 张雷.周斐 基于以太网的双单片机数据采集器的研制 -工业控制计算机2007(12)介绍一种基于以太网的双单片机数据采集器的研制,数据采集器的硬件主要由两片AT89C52单片机和一片RTL8019AS网卡芯片以及相关的电路组成,其中一片单片机负责现场信号的采集,另一片单片机通过UIP协议栈进行TCP/IP协议的通信,最终实现现场信号的采集并通过TCP/IP协议进行数据传送.3.期刊论文 吴强.WU QIANG 基于单片机的以太网嵌入式控制器设计 -微计算机信息2008,24(8)本文设计了基于SX52BD网络单片机的嵌入式控制器的硬件结构和相关软件,设计了嵌入式控制器各功能模块和相关接口电路(网络通信接口电路和控制设备接口电路),本文设计的以太网嵌入式控制器是以SX52BD为核的新型嵌入式WebServer,除了编写传统的控制、通信软件外,在基于以太网数据传输基础上,将传统Web功能融入控制器,给出相关的协议栈软件设计、Java Applet客户端的应用设计.以太网应用于工业控制系统是可行的.4.期刊论文 狄金海 单片机以太网嵌入式系统的实现方法 -浙江工贸职业技术学院学报2003,3(4)随着INTERNET在中国的普及,针对INTERNET的各种技术也随之产生.目前,以太网协议已经广泛地应用在各种计算机网络,如办公局域网、工业控制网络、因特网等场合.基于以太网协议的各种设备也不断出现.本文介绍了用8位单片机采用以太网协议通过因特网传输数据的技术.5.期刊论文 杜文雄.王钦若.潘永平 基于Freescale以太网单片机的智能灌溉系统通讯设计 -工业控制计算机2008(4)针对目前灌溉系统多以串行总线控制为主,提出了一种以PC机为上位机,Freescale单片机为下位机而组建的分布式以太网智能灌溉系统.阐述了基于单片机的TCP/IP协议的实现,并给出了系统的组成.由中央监控计算机通过以太网控制各个现场测控终端,并且由内置的模糊自适应控制系统以及通过Internet获取的天气信息进行节水灌溉.6.期刊论文 祁国梁.付明阳.王建晓.QI Guo-liang.FU Ming-yang.WANG Jian-xiao 基于单片机的以太网串口服务器原理 -自动化与仪表2007,22(4)介绍了一种使用单片机实现TCP/IP协议与以太网(Ethernet)连接,进行串口和以太网数据透明传输的新方法,即实现单片机与Internet网互联的方法.使用此方法可以实现任何非计算机类的自动化设备上网的梦想.7.期刊论文 张浩平 基于单片机的分布式以太网管理系统 -计算机系统应用2005(4)本文提出了一种以PC机为上位机,单片机为下位机而组建的分布式以太网交换机管理系统的设计和实现,阐述了基于单片机的TCP/IP协议的实现,并给出了系统软、硬件的组成.8.学位论文 汪寿义 基于MC9S12NE64单片机的远端抄表系统 2009远端自动抄表系统发展至今，已有近30年的历史。在这30年间自动抄表系统的形式发生了很大变化，先后出现了公众电话网自动抄表系统、电力线载波自动抄表系统、无线自动抄表系统、以太网自动抄表系统。随着嵌入式Internet时代的到来，基于以太网的嵌入式系统已被广泛应用于家庭、工业等各个领域，抄表系统也逐渐向嵌入式以太网方向发展。因此，对基于单片机的嵌入式以太网抄表系统进行研究，符合技术的潮流和社会的需求。本课题是以山东省自然科学基金资助项目“基于互联网络的热工参数测控关键技术研究”(2006ZRB01001)为背景展开的，涉及到了远程测控技术、数据库管理技术、嵌入式TCP/IP系统及数据采集与处理等诸多问题，关键问题有如下几点： 1嵌入式系统网络协议栈应用层协议、采集数据动态存储及文件格式问题。当前，所采用的网络协议栈应用层协议主要有：发送Web网页的HTTP(超文本传输协议)、发送文件的FTP协议(文件传输协议)、发送电子邮件消息的SMTP(简单邮件传输协议)或POP3(邮局协议)、及用户自定协议。由于网络协议栈应用层协议、采集数据动态存储及文件格式涉及测控管理数据库的动态更新，并且具有较强的实时性，是采用标准协议还是自定协议，需要深入研究。 2嵌入式网络参数、I/O参数配置问题。众所周知，PC机接入Internet需要配置网关、IP地址等网络参数，因此基于Internet的智能I/O设备不仅需要配置网络参数，还需要根据现场传感器配置上/下限参数等。为降低成本，减小体积，I/O设备不设显示和输入装置，因此，如何通过远程管理系统配置相应参数是I/O设备正常工作的关键。 3嵌入式系统网络通讯、数据采集及控制任务的并行运行问题。由于嵌入式系统往往具有程序存储和动态存储空间的局限性，这就限制了系统软件的大小及中间数据的数量。因此，如何优化程序代码成为解决该问题的关键。 论文首先介绍了远端抄表系统的发展状况、各种抄表系统的基本组成结构、原理，论证了由飞思卡尔(Freescale)公司生产的16位单片机MC9S12NE64是一个单芯片的以太网微控制器解决方案，是一款经济的基于以太网的嵌入式系统的开发芯片，然后提出了基于MC9S12NE64单片机的抄表系统的设计架构。 其次阐述了嵌入式系统的发展，指出了基于单片机的嵌入式WebServer是一个低成本、高可靠性且符合潮流的技术方案。给出了单片机实现嵌入式WebServer的前提、方法和原理，又从MC9S12NE64的硬件支持、软件支持两方面论证了实现基于MC9S12NE64的嵌入式WebServer的可行性，并结合飞思卡尔公司提供的免费协议栈NE64_OpenTCP，介绍了如何实现将网页嵌入、链接及在线更改IP等问题。 最后谈到了基于NE64的Web服务器如何接收从浏览器和管理中心的计算机传来的参数和命令，并对Web服务器与采集器之间实现数据传输的方式也给出了描述和说明。 论文用到的知识点较多，其中包括网络技术、嵌入式技术、Web技术、网页知识、单片机知识、VB编程，数据库知识，RS485总线等，给出了这些知识点在本设计中的关联和作用。在文章最后对全文的工作进行了系统的总结，指出了其中的不足，并就今后的研究工作内容作了展望。9.会议论文 黄金生.刘薇 构建基于以太网及INTERNET的MCS-51单片机嵌入式WEB服务器 2003以SST89C58单片机为核心,选用TLC2543串行A/D芯片进行数据采集,利用RTL8019AS网卡实现以太网接口,通过在单片机中嵌入精简的TCP/IP协议实现单片机的WEB服务器功能.客户端可以通过自己的浏览器浏览采集器的状态和数据甚至可以发出控制指令使单片机完成某些操作.10.期刊论文 王永兴.WANG yong-xing 单片机与PCI总线以太网网卡的接口设计 -仪器仪表用户2005,12(2)单片机与PCI总线以太网网卡的接口设计包括硬件电路、逻辑设计和驱动程序,实现了PCI总线进入嵌入式领域.本文链接：/Periodical_zgsjtx200817008.aspx下载时间：2010年1月6日袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇