基于W5100以太網接入設備的設計

夏翠強 劉 丹

引言

隨著人們生活水平的提高及科學技術的不斷發(fā)展，以太網無不滲透到日常生活的每個角落，如使用電腦上網、手機上網、網絡電視、遠程登錄等。如何讓電飯煲、洗衣機、電冰箱、微波爐等家電設備接入以太網就成為人們關心的話題。因此，設計出一款簡單、可靠、廉價、實用的以太網接入設備來實現(xiàn)家用電器接入以太網顯得尤為重要。下面主要介紹以太網接入設備的硬件及軟件設計。

硬件設計

以太網接入設備硬件電路主要由微處理器(LPC2214)、固件網絡芯片(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絡接口芯片，內部集成了全硬件TCP／IP協(xié)議棧、以太網介質傳輸層(MAC)和物理層(PHY)。硬件TCP／IP協(xié)議棧支持TＣP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoB。WS100內部集成有16kB存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用時不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口(Socket)編程。主要應用于高集成、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16k字節(jié)靜態(tài)RAM和256k字節(jié)片內FLASH。支持片內Boot裝載程序實現(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)和在應用中編程(IAP)，需要的外圍器件較少，非常適合低成本的應用場合。

WS100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／)等信號線。WS100采用2SMHz晶體，LPC2214采用12MHz晶體。

ws100的PHY接口TxOP、TXON、RXIP和RXtN等四根信號線直接連接到以太網變量器上，變量器的另一側則接上RJ4S以太網插座，用于以太網接入。

LPC2214的串口0經接口芯片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／等信號線。ADDR[14：2]地址線經過電阻接地。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個引腳進行數(shù)據(jù)通信。這4個引腳的定義分別為：SCLK、SS／、MOSI、MISO。W$100的SPI使能信號SEN接高電平，使能SPI操作。LPC2214具有兩個SPI接口，本例采用第一個sPI口與WSl00對接。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個鍵)鍵盤掃描及顯示驅動兩部分。鍵盤掃描主要由LPC2214的8個通用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，每根信號線均有上拉電阻及去耦電容。鍵盤由16個高可靠性的微觸開關組成。顯示驅動主要使用LPC2214的l位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CSl／，RD／，及WR／信號線。處理器完成顯示屏的初始化及操作過程中的實時顯示控制。鍵盤顯示接口電原理圖如圖5所示。

軟件設計

軟件采用μCOS-II操作系統(tǒng)，采用高級語言c語言進行編程，軟件主要由人機接口模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等三部分組成。

·人機接口模塊主要完成4×4鍵盤掃描、按鍵去抖動、顯示驅動等，用戶通過按鍵操作來完成接入設備設置或查詢，并將相應的信息通過顯示屏告知用戶。

·系統(tǒng)設置模塊主要對接入設備的參數(shù)進行設置，如網關地址寄存器(GAR)、本設備物理地址寄存器(SHAR)子網掩碼寄存器(SUBR)設備Ip地址寄存器(sIPR)及RS-232串口波特率等參數(shù)，并將設置好的參數(shù)進行保存，下次開機時參數(shù)保持不變。其它有關ws 100參數(shù)設置可以參考其數(shù)據(jù)手冊，手冊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備的以太網接口與和RS-232接口之間的數(shù)據(jù)轉發(fā)，接收以太網接口來的查詢及遙控命令信息，完成對家電等設備的遙控功能。

結語

基于WS100以太網接入設備集成有TCP／IP等協(xié)議棧，對軟件程序員設計水平要求較低。設備外圍器件較少，硬件成本低廉，適用于低成本的以太網接入應用場合，具有較高的商業(yè)推廣價值。目前在家庭娛樂、醫(yī)療器械及工業(yè)控制等領域等領域有較多應用實例。