單片機(jī)的以太網(wǎng)連接方式2009

1、單片機(jī)的以太網(wǎng)連接方式2009-08-2710:48本博客頁內(nèi)容將與設(shè)計(jì)過程同步本設(shè)計(jì)將以VRS51L3074單片機(jī)為基礎(chǔ)闡述一種單片機(jī)連接以太網(wǎng)的方式。通過這種方式，可以使單片機(jī)成為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)終端，從而方便地?cái)U(kuò)展、高速地通訊。設(shè)計(jì)計(jì)劃：2009年8月25日前完成選型工作，讀懂資料，并繪制出相應(yīng)的電路原理圖2009年8月28日前完成網(wǎng)絡(luò)連接模塊的PCB板設(shè)計(jì)2009年9月7日前將單片機(jī)上基礎(chǔ)軟件部分調(diào)通2009年9月10日前完成該通訊模塊的軟硬件功能設(shè)計(jì)2009年9月20日前完成整體方案的性能測(cè)試，并提交相關(guān)測(cè)試文檔本博客頁內(nèi)容將與設(shè)計(jì)過程同步本設(shè)計(jì)基于CP2200單芯片以太網(wǎng)微控制器及

2、VRS51L3074高速8位單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)訪問以太網(wǎng)功能。以太網(wǎng)作為現(xiàn)代主要的數(shù)據(jù)傳輸方式，以其高速性和很高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，已經(jīng)從個(gè)人計(jì)算機(jī)到智能設(shè)備深入到世界的每個(gè)角落。作為現(xiàn)在用量最大、普及程度最高的8位單片機(jī)，其加入以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)代的新型1T8051類型的單片機(jī)，如RAMTRON公司的VRS51L3074單片機(jī)，已經(jīng)能夠提供足夠的資源和速度以應(yīng)對(duì)以太網(wǎng)對(duì)硬件的需求，這為8位單片機(jī)參與到以太網(wǎng)中奠定了良好的基礎(chǔ)。作為本次設(shè)計(jì)的核心控制基礎(chǔ)，先介紹下VRS51L3074高性能51系列單片機(jī)。VRS51L3074系列單片機(jī)是RAMTRON公司推出的一款1T的8051

3、系列單片機(jī)。該款單片機(jī)性能優(yōu)越，因其每個(gè)時(shí)鐘周期就是一個(gè)系統(tǒng)周期，故而其可以工作在40MIPS的指令速度下，從速度上說，該單片機(jī)是可以用于小規(guī)模數(shù)據(jù)處理；該款單片機(jī)有256B+4KB的RAM；值得一提的是，在單片機(jī)內(nèi)還集成了8KB的FRAM(鐵電存儲(chǔ)器)，這是其他系列單片機(jī)所不具備的，這能夠大大提升單片機(jī)的數(shù)據(jù)靜態(tài)存儲(chǔ)效能；該款單片機(jī)擁有完整的JTAG接口，可用于在線編程和在線調(diào)試，給開發(fā)帶來很大的方便；其具備SPIBUS和SMBUS(IIC)總線，可獨(dú)立地進(jìn)行單片機(jī)與外圍設(shè)備之間的串行通信；該單片機(jī)擁有豐富的外中斷接口和時(shí)鐘信號(hào)接口及PWM輸出，在時(shí)間精度控制方面可以做到卓越的效果；其內(nèi)部集

4、成WatchDogTimer,加上其工業(yè)級(jí)的工作溫度，使其在惡劣環(huán)境下也能正常工作。從單片機(jī)的資源和性能角度來說，該單片機(jī)是同類單片機(jī)中性能極高的，完全可以滿足工業(yè)應(yīng)用和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。下面再介紹一下CP2200單芯片以太網(wǎng)微控制器。CP2200以太網(wǎng)控制器是Silicon公司推出的專門服務(wù)8位/16位單片機(jī)的一種集成以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議打包的芯片，其集成IEEE802.3MAC和10BASE-TPHY完全兼容100/1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)，自適應(yīng)全/半雙工網(wǎng)絡(luò)，可適應(yīng)大多數(shù)以太網(wǎng)絡(luò)組織形式；其具有碰撞自動(dòng)重發(fā)、自動(dòng)填充和CRC生成、支持廣播和多播MAC尋址等功能，大大減輕了后向通道中MCU的負(fù)

5、荷。該單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊是本人現(xiàn)工作中一款產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目的一部分，在項(xiàng)目主體MCU選型中已選擇了VRS51L3074的3.3V供電單片機(jī)，并以CP2200作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片。說下CP2200網(wǎng)絡(luò)控制器的電路連接。該網(wǎng)絡(luò)控制芯片支持直接的INTEL或Motorola總線接口，所以能方便地與51系列帶并行總線的單片機(jī)進(jìn)行連接。另外，CP2200與網(wǎng)絡(luò)連接只需要簡(jiǎn)單的連線到一個(gè)RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口即可，使用非常方便下面是CP2200典型應(yīng)用框圖：2QMH3CXTALCP22DDI-!該芯片實(shí)際應(yīng)用中的連接：與單片機(jī)連接的引腳芯片上D0D7腳為8位數(shù)據(jù)總線引腳，接于VRS51L3074單片機(jī)（下稱單片機(jī)）P

6、0A0A7腳為8位地址總線引腳通過單片機(jī)總線擴(kuò)展74HC574的A0A7輸出RD腳為數(shù)據(jù)輸出控制腳，低電平有效，接于單片機(jī)RD控制腳WR腳為數(shù)據(jù)輸入控制腳，低電平有效，接于單片機(jī)WR控制腳INT腳為終端輸出腳，低電平有效，接于單片機(jī)INT1中斷源CS腳為片選腳，接于單片機(jī)P4.4腳ALE腳為地址/數(shù)據(jù)選擇腳，接于單片機(jī)ALE腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭連接的引腳RX+與RX-為網(wǎng)線接收數(shù)據(jù)引腳，分別接于RJ-45的RDP、RDN引腳TX+與TX-為網(wǎng)線發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，分別接于RJ-45的TDP、TDN引腳ACT與LINK引腳為RJ-45接頭的ACT、LINK燈的控制引腳，分別接于RJ-45的D3、D1引

7、腳芯片上的其他引腳XTAL1與XTAL2引腳為晶振引腳，外接一個(gè)20MHz晶振+起振電容MUXEN與MOTEN引腳為總線方式引腳，在INTEL總線連接方式下，兩引腳接地VDD1、VDD2與DGND1、DGND2弓I腳為電源弓I腳，分另U接3.3V和數(shù)字地RJ45上的其他引腳D4、D2為ACT和LINK兩個(gè)二極管的陰極，接于數(shù)字地RCT、TCT為網(wǎng)絡(luò)線的去耦電容，分別接103電容對(duì)地F圖為本人繪制的電路原理圖供大家參考JWP!k+KNTngHEMM1:單片機(jī)硬件連接為了發(fā)揮該單片機(jī)的高速性能及其內(nèi)部強(qiáng)大的資源應(yīng)用，我們對(duì)CP2200網(wǎng)絡(luò)芯片采用了并行總線+片選信號(hào)+中斷的連接方式，這樣的方式可以

8、以最高效的方式訪問CP2200網(wǎng)絡(luò)芯片。本設(shè)計(jì)中，因系統(tǒng)還需通過串行UART接口與其他部分的機(jī)器進(jìn)行連接，故而沒有采用最高速度的晶體振蕩器，而是用了22.1184MHz的晶振，以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)波特率方式的要求。僅僅從單片機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊的設(shè)計(jì)來看，一片VRS51L3074單片機(jī)和一片CP2200網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠，但為了調(diào)試方便，在設(shè)計(jì)中擬增加矩陣鍵盤接口和1602液晶顯示接口以便調(diào)試使用。為了與本人在做的項(xiàng)目匹配，本設(shè)計(jì)中也加入了頻率信號(hào)測(cè)量、PWM調(diào)制輸出以及RS-485通訊接口，經(jīng)過評(píng)估，這些功能都可以由VRS51L3074來勝任。同時(shí)，還應(yīng)用到了VRS51L3074單片機(jī)內(nèi)部集成的鐵電存儲(chǔ)器、大容

9、量靜態(tài)存儲(chǔ)器以及看門狗等資源。F面是整體設(shè)計(jì)框圖PVTh調(diào)制輸岀.液品顯示麓岀.頻率脈沖帝入矩陣髏盤輸入軟件方面，我采用原先比較熟悉的SMALLRTOS51單片機(jī)操作系統(tǒng)作為構(gòu)架平臺(tái)，并在該平臺(tái)下構(gòu)建驅(qū)動(dòng)程序及應(yīng)用程序。該操作系統(tǒng)是一個(gè)完全免費(fèi)的基于51系列單片機(jī)開發(fā)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。因其簡(jiǎn)單易學(xué)，占代碼空間小，支持軟件資源多樣等特點(diǎn)，受到很多單片機(jī)工程師的親睞。現(xiàn)該操作系統(tǒng)已被移植到ARM平臺(tái)下，并在不斷發(fā)展中。基于該操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序和在其它操作系統(tǒng)上一樣設(shè)計(jì)是以任務(wù)為單位的設(shè)計(jì)方式，其中任務(wù)之間的數(shù)據(jù)可以通過信號(hào)量和消息隊(duì)列進(jìn)行傳遞。另外，該操作系統(tǒng)還支持中斷管理。所以在做規(guī)模較大的

10、程序時(shí)，應(yīng)用SMALLRT0S51單片機(jī)操作系統(tǒng)是非常好的選擇。下面介紹一下本設(shè)計(jì)中SMALLRTOS51操作系統(tǒng)（下稱系統(tǒng)）的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)以系統(tǒng)為核心，基于此擴(kuò)展出多個(gè)任務(wù)，用于運(yùn)行和運(yùn)算及控制：時(shí)基任務(wù)：用于系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)工作指示燈、通信狀況檢查、喂狗等工作UART任務(wù)：用于接收UART數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些初級(jí)操作（如數(shù)據(jù)到任務(wù)的分配、數(shù)據(jù)到信號(hào)的對(duì)應(yīng)等）工作網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)：用于將發(fā)送緩沖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行高級(jí)協(xié)議打包及發(fā)送，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初級(jí)操作液晶輸出任務(wù):按照將液晶控制輸出消息隊(duì)列中的控制信息和數(shù)據(jù)信息對(duì)液晶屏進(jìn)行顯示輸出鍵盤輸入任務(wù)：進(jìn)行矩陣鍵盤掃描，鍵盤動(dòng)作數(shù)據(jù)的初級(jí)操作頻

11、率輸入任務(wù)：與本網(wǎng)絡(luò)通訊模塊無關(guān)，暫不介紹核心運(yùn)算調(diào)制輸出任務(wù)：對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，并得出結(jié)果供PWM輸出運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)：對(duì)需要存儲(chǔ)的任務(wù)進(jìn)行FRAM存儲(chǔ)，以及在下次運(yùn)行時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù):頻率輸入檢測(cè)枉務(wù)二：:魏盤輸人控制任務(wù)為了提高開發(fā)效率，節(jié)約部件開發(fā)成本，擬使用RAMTRON的VRS51L3074單片機(jī)開發(fā)板。希望廠家能夠予以支援，以便我們項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行。謝謝！以太網(wǎng)作為現(xiàn)代主要的數(shù)據(jù)傳輸方式，以其高速性和很高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，已經(jīng)從個(gè)人計(jì)算機(jī)到智能設(shè)備深入到世界的每個(gè)角落。作為現(xiàn)在用量最大、普及程度最高的8位單片機(jī)，其加入以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是大勢(shì)所趨。現(xiàn)代的新型1T8051類型

12、的單片機(jī)，如RAMTRON公司的VRS51L3074單片機(jī)，已經(jīng)能夠提供足夠的資源和速度以應(yīng)對(duì)以太網(wǎng)對(duì)硬件的需求，這為8位單片機(jī)參與到以太網(wǎng)中奠定了良好的基礎(chǔ)。作為本次設(shè)計(jì)的核心控制基礎(chǔ)，先介紹下VRS51L3074高性能51系列單片機(jī)。VRS51L3074系列單片機(jī)是RAMTRON公司推出的一款1T的8051系列單片機(jī)。該款單片機(jī)性能優(yōu)越，因其每個(gè)時(shí)鐘周期就是一個(gè)系統(tǒng)周期，故而其可以工作在40MIPS的指令速度下，從速度上說，該單片機(jī)是可以用于小規(guī)模數(shù)據(jù)處理；該款單片機(jī)有256B+4KB的RAM；值得一提的是，在單片機(jī)內(nèi)還集成了8KB的FRAM(鐵電存儲(chǔ)器)，這是其他系列單片機(jī)所不具備的，這

13、能夠大大提升單片機(jī)的數(shù)據(jù)靜態(tài)存儲(chǔ)效能；該款單片機(jī)擁有完整的JTAG接口，可用于在線編程和在線調(diào)試，給開發(fā)帶來很大的方便；其具備SPIBUS和SMBUS(IIC)總線，可獨(dú)立地進(jìn)行單片機(jī)與外圍設(shè)備之間的串行通信；該單片機(jī)擁有豐富的外中斷接口和時(shí)鐘信號(hào)接口及PWM輸出，在時(shí)間精度控制方面可以做到卓越的效果；其內(nèi)部集成WatchDogTimer，加上其工業(yè)級(jí)的工作溫度，使其在惡劣環(huán)境下也能正常工作。從單片機(jī)的資源和性能角度來說，該單片機(jī)是同類單片機(jī)中性能極高的，完全可以滿足工業(yè)應(yīng)用和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。下面再介紹一下CP2200單芯片以太網(wǎng)微控制器。CP2200以太網(wǎng)控制器是Silicon公司推出的

14、專門服務(wù)8位/16位單片機(jī)的一種集成以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議打包的芯片，其集成IEEE802.3MAC和10BASE-TPHY，完全兼容100/1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)，自適應(yīng)全/半雙工網(wǎng)絡(luò)，可適應(yīng)大多數(shù)以太網(wǎng)絡(luò)組織形式；其具有碰撞自動(dòng)重發(fā)、自動(dòng)填充和CRC生成、支持廣播和多播MAC尋址等功能，大大減輕了后向通道中MCU的負(fù)荷。該單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊是本人現(xiàn)工作中一款產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目的一部分，在項(xiàng)目主體MCU選型中已選擇了VRS51L3074的3.3V供電單片機(jī)，并以CP2200作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片。說下CP2200網(wǎng)絡(luò)控制器的電路連接。該網(wǎng)絡(luò)控制芯片支持直接的INTEL或Motorola總線接口，所以能方便地與5

15、1系列帶并行總線的單片機(jī)進(jìn)行連接。另外，CP2200與網(wǎng)絡(luò)連接只需要簡(jiǎn)單的連線到一個(gè)RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口即可，使用非常方便下面是CP2200典型應(yīng)用框圖：該芯片實(shí)際應(yīng)用中的連接：與單片機(jī)連接的引腳芯片上DOD7腳為8位數(shù)據(jù)總線引腳，接于VRS51L3074單片機(jī)（下稱單片機(jī)）P0A0A7腳為8位地址總線引腳通過單片機(jī)總線擴(kuò)展74HC574的A0A7輸出RD腳為數(shù)據(jù)輸出控制腳，低電平有效，接于單片機(jī)RD控制腳WR腳為數(shù)據(jù)輸入控制腳，低電平有效，接于單片機(jī)WR控制腳INT腳為終端輸出腳，低電平有效，接于單片機(jī)INT1中斷源CS腳為片選腳，接于單片機(jī)P4.4腳ALE腳為地址/數(shù)據(jù)選擇腳，接于單片機(jī)AL

16、E腳與RJ-45網(wǎng)絡(luò)接頭連接的引腳RX+與RX-為網(wǎng)線接收數(shù)據(jù)引腳，分別接于RJ-45的RDP、RDN引腳TX+與TX-為網(wǎng)線發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，分別接于RJ-45的TDP、TDN引腳ACT與LINK引腳為RJ-45接頭的ACT、LINK燈的控制引腳，分別接于RJ-45的D3、D1引腳芯片上的其他引腳XTAL1與XTAL2引腳為晶振引腳，外接一個(gè)20MHz晶振+起振電容MUXEN與MOTEN引腳為總線方式引腳，在INTEL總線連接方式下，兩引腳接地VDD1、VDD2與DGND1、DGND2引腳為電源引腳，分別接3.3V和數(shù)字地RJ-45上的其他引腳D4、D2為ACT和LINK兩個(gè)二極管的陰極，接于數(shù)字地RCT、TCT為網(wǎng)絡(luò)線的去耦電容，分別接103電容對(duì)地下圖為本人繪制的電路原理圖供大家參考單片機(jī)硬件連接為了發(fā)揮該單片機(jī)的高速性能及其內(nèi)部強(qiáng)大的資源應(yīng)用，我們對(duì)CP2200網(wǎng)絡(luò)芯片采用了并行總線+片選信號(hào)+中斷的連接方式，這樣的方式可以以最高效的