以太網接口設計論文范文

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1硬件電路設計

ENC28J60的主要功能模塊SPI接口充當主控器與ENC28J60之間的通信信道．STM32F103VET6具有3個SPI接口，可以直接地與ENC28J60連接．圖2為10M以太網ENC28J60的硬件原理圖．本次設計中，STM32單片機的PA4－SPI1－NSS引腳與ENC28J60－CS連接，完成片選．當多個SPI設備與MCU相連時，每個設備的這個片選信號線是與MCU單獨的引腳相連的;當SS信號線為低電平時，片選有效，開始SPI通信．STM32單片機的PA5－SPI1－SCK與ENC28J60－SCK引腳連接，時鐘信號由主通信設備產生，不同的設備支持的時鐘頻率不一樣，STM32的SPI時鐘頻率最大為fPCLK/2;STM32單片機的PA6－SPI1－MISO，PA7－SPI1－MISI分別與ENC28J60－SO，ENC28J60－SI引腳連接，完成數據的傳輸與接收．由于ENC28J60內部穩壓器無法驅動外部負載，所以電源引腳必須與同一個3．3V電源相連，并且在每個電源引腳與地之間都應連接一個0．1μF的電容．在ENC28J60芯片的OSC2和OSC1引腳之間連接25MHz晶振以及2個20pF的接地電容，能夠為ENC28J60提供較精確的時鐘信號，同時也可節省PHY的晶振．以太網變壓器在實現以太網接口操作時是不可缺少的，本設計中，在差分發送引腳(TPOUT+/TPOUT－)上，需要外接一個帶有中心抽頭的1∶1脈沖變壓器［2］．本設計中采用的是集成以太網隔離變壓器RJ45插座HR91105A．

2軟件設計

本接口設計選用開發環境MDK，在MDK環境下可以使用C/C++方便地開發Cortex－M3的應用程序．與其他開發程序相比，MDK具有入門容易、使用方便，并在調試程序、軟件仿真方面也有很強大的功能．以太網收發數據程序流程如圖3所示．主程序通過查詢的方式發送數據，采取通過判斷函數返回值方式是否接收到數據，若接收到數據，通過指針把數據包傳遞給上層的LwIP協議棧進行處理，完成數據包的收取．收發數據主程序主要包括系統及外設的初始化、以太網控制器的初始化、發送數據、接收數據和應用處理等部分．

2．1STM32庫STM32庫是由ST公司針對STM32提供的函數接口，即API(ApplicationProgramInterface)，開發者可以調用這些庫函數接口來配置STM32的寄存器，使開發人員得以脫離最底層的寄存器操作，有開發速度快、易于閱讀、維護成本低等優點．實際上，庫是架設在寄存器與用戶驅動層之間的代碼，向下處理與寄存器直接相關配置，向上為用戶提供平配置寄存器的接口［3］．本設計采用最新的STM32的3．5版庫文件，相對于以往版本的庫文件兼容性更好．

2．2LwIP協議棧要實現TCP/IP協議棧，代碼可以自行編寫，但一般都會移植更加穩定優良的代碼．LwIP是LightWeightInternetProtocol的縮寫，是由瑞士計算機科學院AdamDunkels等開發的適用于嵌入式領域的輕量級TCP/IP協議棧，它可以移植到含有操作系統的平臺中，也可以在無操作系統的平臺下運行．由于其開源，占用的RAM和ROM比較少，支持較為完整的TCP/IP協議，且十分便于剪裁、調試，被廣泛地應用于中、低端的32位操作平臺［4］．該協議棧提供了一組API函數應用程序調用，編程方便［5］．LwIP通過pbuf建立了與底層硬件收發數據包的數據結構，可以實現數據的管理;netif結構體則保存了網卡地址、IP地址、網關等設置的這些信息．下面例舉部分LwIP_Init()函數，其主要功能是初始化LwIP協議棧，主要是把ENC28J60與LwIP連接起來，包括IP，MAC地址，接口函數。

3仿真與應用

MDK仿真工具強大，本設計軟件調試部分利用MDK軟件針對STM32進行仿真，執行工程中的代碼．仿真結果如下圖4所示．構成網絡應用的軟件有不同的結構，有B/S結構(瀏覽器/服務器)和C/S(客戶端/服務器)．本網絡接口設計中HTTP服務器其是基于B/S結構的，用戶運行應用程序時通過訪問Web調用服務器的應用程序，并通過瀏覽器把結果顯示給用戶．該以太網接口應用于校園能耗監控系統中，所以設計出一款可以遠程控制LED燈亮滅的簡單應用，其運行結果如圖5所示．

4結語

以STM32作為主控芯片結合以太網控制器設計的10M以太網接口，具有電路連接簡單、通信距離遠、可實現網絡傳輸功能等優點．在校園能耗監控系統中，將傳感器采集的數據編寫成MAC數據包格式通過該接口發送給上位機，現場控制器也可通過該接口接收上位機發送的命令，進而實現了監控系統的管理控制一體化，而且使用該以太網接口既保證了數據傳輸的可靠性，又能最大程度的減少對現有建筑物的改造和破壞，所以，在當今社會節約能源的強烈需求下，該設計具有更廣闊的應用前景．

作者：王曉麗姜川于躍單位：吉林建筑大學電氣與電子信息學院