引言

　　  隨著人們生活水平的提高及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)無不滲透到日常生活的每個(gè)角落，如使用電腦上網(wǎng)、手機(jī)上網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程登錄等。如何讓電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等家電設(shè)備接入以太網(wǎng)就成為人們關(guān)心的話題。因此，設(shè)計(jì)出一款簡(jiǎn)單、可靠、廉價(jià)、實(shí)用的以太網(wǎng)接入設(shè)備來實(shí)現(xiàn)家用電器接入以太網(wǎng)顯得尤為重要。下面主要介紹以太網(wǎng)接入設(shè)備的硬件及軟件設(shè)計(jì)。

　　  硬件設(shè)計(jì)

　　  以太網(wǎng)接入設(shè)備硬件電路主要由微處理器(LPC2214)、固件網(wǎng)絡(luò)芯片(W5100)、鍵盤顯示電路、AC/DC電源變換電路、串口電平變換電路(MAX232)及以太網(wǎng)變量器等組成，其原理框圖如圖1所示。

　　  WIZnet公司的W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成了全硬件TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層(MAC)和物理層(PHY)。硬件TCP/IP協(xié)議棧支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP 和PPPoE。W5100內(nèi)部集成有16kB存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用時(shí)不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口(Socket)編程。主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)無操作系統(tǒng)的Internet連接。

　　  LPC2214為NXP公司ARM7TDMI-S系列處理器的一種，具有片內(nèi)16k字節(jié)靜態(tài)RAM和256k字節(jié)片內(nèi)FLASH。支持片內(nèi)Boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用中編程(IAP)，需要的外圍器件較少，非常適合低成本的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　  W5100與微處理器之間支持直接總線、間接總線和SPI總線接三種接口方式。

　　  直接總線接口

　　  直接總線接口采用15位地址線(A0～A14)，8位數(shù)據(jù)線(D0～D7)，另加片選(CS/)，讀(RD/)，寫(WR/)及中斷(INT/)等信號(hào)線。W5100采用25MHz晶體，LPC2214采用12MHz晶體。

　　  W5100的PHY接口TXOP、TXON、RXIP和RXIN等四根信號(hào)線直接連接到以太網(wǎng)變量器上，變量器的另一側(cè)則接上RJ45以太網(wǎng)插座，用于以太網(wǎng)接入。

　LPC2214的串口0經(jīng)接口芯片MAX232電平變換后接入的DB9插座上，用于家用電器直接使用RS-232串口接入。直接總線接口方式的電原理圖如圖2所示。

間接總線接口

間接總線接口采用2位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS/，RD/，WR/ 及INT/等信號(hào)線。ADDR[14:2]地址線經(jīng)過電阻接地。間接總線接口方式電原理圖如圖3所示。

SPI 總線接口

SPI串行接口模式只需要4個(gè)引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這4個(gè)引腳的定義分別為：SCLK、SS/、MOSI、MISO。W5100的SPI使能信號(hào)SEN接高電平，使能SPI操作。LPC2214具有兩個(gè)SPI接口，本例采用第一個(gè)SPI口與W5100對(duì)接。SPI總線接口方式的電原理圖如圖4所示。

鍵盤顯示接口

鍵盤顯示接口電路主要包括4×4(組成16個(gè)鍵)鍵盤掃描及顯示驅(qū)動(dòng)兩部分。鍵盤掃描主要由LPC2214的8個(gè)通用I/O引腳來組成4根行掃線及4根列掃線的16鍵的鍵盤陣列，每根信號(hào)線均有上拉電阻及去耦電容。鍵盤由16個(gè)高可靠性的微觸開關(guān)組成。顯示驅(qū)動(dòng)主要使用LPC2214的1位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS1/，RD/，及WR/信號(hào)線。處理器完成顯示屏的初始化及操作過程中的實(shí)時(shí)顯示控制。鍵盤顯示接口電原理圖如圖5所示。

軟件設(shè)計(jì)

軟件采用mCOS-II操作系統(tǒng)，采用高級(jí)語言C語言進(jìn)行編程，軟件主要由人機(jī)接口模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等三部分組成。

人機(jī)接口模塊主要完成4×4鍵盤掃描、按鍵去抖動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)等，用戶通過按鍵操作來完成接入設(shè)備設(shè)置或查詢，并將相應(yīng)的信息通過顯示屏告知用戶。

系統(tǒng)設(shè)置模塊主要對(duì)接入設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如網(wǎng)關(guān)地址寄存器(GAR)、本設(shè)備物理地址寄存器(SHAR)子網(wǎng)掩碼寄存器(SUBR)設(shè)備IP 地址寄存器(SIPR) 及RS-232串口波特率等參數(shù)，并將設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行保存，下次開機(jī)時(shí)參數(shù)保持不變。其它有關(guān)W5100參數(shù)設(shè)置可以參考其數(shù)據(jù)手冊(cè)，手冊(cè)提供了寄存器的初始化程序，供用戶參考。

數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要完成接入設(shè)備的以太網(wǎng)接口與和RS-232接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，接收以太網(wǎng)接口來的查詢及遙控命令信息，完成對(duì)家電等設(shè)備的遙控功能。

結(jié)語

基于W5100以太網(wǎng)接入設(shè)備集成有TCP/IP等協(xié)議棧，對(duì)軟件程序員設(shè)計(jì)水平要求較低。設(shè)備外圍器件較少，硬件成本低廉，適用于低成本的以太網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)合，具有較高的商業(yè)推廣價(jià)值。目前在家庭娛樂、醫(yī)療器械及工業(yè)控制等領(lǐng)域等領(lǐng)域有較多應(yīng)用實(shí)例。

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