基于IPV6的新型檢測裝置的設計

楊亞麗，柴小東

（黃河科技學院，鄭州，450063）

基于IPV6的新型檢測裝置的設計

楊亞麗，柴小東

（黃河科技學院，鄭州，450063）

IPV6在網(wǎng)絡通訊，資源共享等多方面比IPV4具有更多的優(yōu)點。當前大部分檢測設備中的通訊的實現(xiàn)仍然是以IPV4為基礎，嚴重地阻礙了下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也不利于控制系統(tǒng)的研究?；贗PV6的檢測裝置的設計，采用80C51系列的單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，用網(wǎng)卡芯片RTL8019AS實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上。采用生成代碼效率高的單片機C語言完成程序的代碼開發(fā)，對工業(yè)控制系統(tǒng)及下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有重要的意義。

IPV6；RTL8019AS；80C51；檢測

1　IPV6

IPv6是因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議第六版。IPV6的提出，主要是解決當前因特網(wǎng)使的IPV4中IP地址不足的問題。由于目前因特網(wǎng)使用的IP地址為32位，即4個字節(jié)，總計有232個地址。隨著聯(lián)網(wǎng)用戶的增多，每個聯(lián)網(wǎng)的主機都需要一個IP地址進行網(wǎng)卡通訊，致使IP地址的數(shù)目不足以滿足更多用戶的使用。因此互聯(lián)網(wǎng)機構才提出為IPV6，以滿足用戶聯(lián)網(wǎng)的需求。

2　控制系統(tǒng)的硬件設計

2.1系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)的整體原理框。整個系統(tǒng)主要由AD轉(zhuǎn)換模塊、存儲器模塊和網(wǎng)絡接口模塊構成。

2.2主要芯片選擇和硬件電路設計

2.2.1芯片選擇

（1）單片機。單片機選用80C51系列的單片機。該系列單片機的程序存儲器和片外數(shù)據(jù)寄存器尋址空間為64KB。內(nèi)部程序存儲器為4K×8位的ROM，用來存放系統(tǒng)程序、用戶的專用程序和固定常數(shù)。該系列單片機具有4個串行I/O接口和8個并行I/ O接口。12個串、并I/O接口可完成地址信號和數(shù)據(jù)信號的輸入及輸出，同時，如果需要對外部I/O接口進行擴展，也可進行相應的擴展。4個串行I/O接口還支持全雙工通信方式，可同時對數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收。該系列單片機具有2級中斷優(yōu)先級，一次可以同時接受5個外部中斷源的中斷請求，然后根據(jù)中斷優(yōu)先級，對優(yōu)先級高的中斷請求進行優(yōu)先響應。整個中斷系統(tǒng)的中斷優(yōu)先級可以由用戶自己定義。該系列單片機內(nèi)部有兩個定時器/計數(shù)器，計數(shù)長度由8位擴展為16位，并且可以工作在4種不同的方式下，使用戶使用起來非常方便。

（2）A/D轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換芯片主要用于模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，考慮到本系統(tǒng)的硬件電路設計，故選用AD574芯片。該芯片是快速型12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其最大的優(yōu)點就是不需要外接器件就可以進行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。AD574芯片進行模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的時間為15～35μs，其不僅支持12位的一次并行輸出，又支持兩次輸出，一次輸出8位，一次輸出4位。

（3）數(shù)據(jù)鎖存器及數(shù)據(jù)、程序存儲器。80C51系列單片機為8位機，有8根數(shù)據(jù)線，16根地址線，尋址空間范圍可達64KB。P0口作為地址總線和數(shù)據(jù)總線分時復用，因此必須加地址數(shù)據(jù)鎖存器74LS373，以便單片機實現(xiàn)地址總線和數(shù)據(jù)總線的分時復用。80C51系列的單片機內(nèi)部的ROM為2/4KB，而數(shù)據(jù)存儲器為128B/256B，考慮到此系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)比較大，所以必須進行程序和數(shù)據(jù)寄存器的擴展。用27512進行程序寄存器的擴展，用62256進行數(shù)據(jù)寄存器的擴展。27512為64KB×8位的EPROM，而62256為32KB×8位的SRAM。

（4）網(wǎng)絡接口芯片。本檢測裝置需要將獲取的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口上傳到網(wǎng)絡中，因此需要設計網(wǎng)絡接口電路以實現(xiàn)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）的物理層。對網(wǎng)絡接口芯片的選擇，考慮到系統(tǒng)本身的需要，以及當前網(wǎng)絡接口芯片的發(fā)展，選用Realtek公司的RTL8019AS芯片。

RTL8019AS芯片內(nèi)部有一個16K字節(jié)的靜態(tài)隨機讀寫存儲器，可以對收到的數(shù)據(jù)，或者將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行暫時的緩存，以降低對主處理器的速度要求，防止因主處理器的速度過高，而造成數(shù)據(jù)的丟失。另外，其地址線寬度為16位，尋址能力達到64K。

2.2.2硬件電路設計

（1）AD574與80C51的硬件電路設計。AD574與80C51的接口電路圖中的AD574芯片的數(shù)據(jù)輸出采用兩次輸出方式，其12位數(shù)據(jù)中的高8位數(shù)據(jù)接口DB4～DB11與單片機的P0.0～P0.7接口相接，低4位的數(shù)據(jù)接口DB0～DB3與單片機的P0.0～P0.3接口相接，即AD574的12位數(shù)據(jù)輸出，直接輸出到數(shù)據(jù)總線上。當AD574的接口狀態(tài)時，開始進行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)總線上將輸出12位數(shù)據(jù)信號，單片機開始進行寫操作，將12位數(shù)據(jù)寫到外部存儲器中。單片機的P1.0接口號AD574的STS接口相連，其主要作用是讓單片機查詢AD574是否完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。單片機在寫數(shù)據(jù)前，需要查詢數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否完成。當STS=1時表明轉(zhuǎn)換正在進行，當STS=0時表明轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，單片機可進行寫操作。因AD574的12位轉(zhuǎn)換速度很快，所以使用查詢方式。之后8051執(zhí)行兩條外部數(shù)據(jù)存儲器指令，進行寫操作。在進行寫操作時，單片機先讀取AD574第一次輸出的高8位數(shù)據(jù)，然后再讀取第二次輸出低4位數(shù)據(jù)，其接口狀態(tài)為。

（2）存儲器、網(wǎng)絡芯片與80C51的硬件電路設計。74LS373、27512和62256與80C51的硬件電路圖。其中93C46芯片是串行電可擦寫EPROM，用來初始化RTL8019AS。

存儲器62256芯片的數(shù)據(jù)接口D0～D7與單片機的P0.0～P0.7口相接，可以實現(xiàn)單片機對外部存儲器數(shù)據(jù)的讀、寫操作。為讀使能信號接口，與單片機的接口相接，對讀操作進行控制。為寫使能信號接口，與單片機的接口相接，對寫操作進行控制。62256芯片有15根地址線，其中高7位與單片機相連，低8位與74LS373相接。

RTL8019AS的SD0～SD7口與27512的D0～D7口相連，與單片機的P0.0～P0.7相連。LPF為濾波器，網(wǎng)絡芯片輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波后，輸出上傳到互聯(lián)網(wǎng)絡中。

3　系統(tǒng)程序

軟件部分主要包括80C51芯片、RTL8019AS芯片和的AD574芯片的初始化，數(shù)據(jù)存儲，從RAM中讀數(shù)據(jù)到RTL8019AS的BUFF中，以及IPV6數(shù)據(jù)包的發(fā)送等幾部分。檢測裝置的整個系統(tǒng)程序流程圖。

程序開始先對單片機、網(wǎng)絡接口模塊以及AD574進行初始化，然后啟動A/D轉(zhuǎn)換，將檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將數(shù)據(jù)存儲到外部存儲器中。下一步，將外部存儲器中的數(shù)據(jù)讀出，送給網(wǎng)絡接口芯片，網(wǎng)絡接口芯片將收到的數(shù)據(jù)封裝成IPV6數(shù)據(jù)包，并進行發(fā)送。數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后，進入返回狀態(tài)，進行下一個數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換。

在整個系統(tǒng)的程序中，關于發(fā)送數(shù)據(jù)包的部分程序如下：

reg04=0x40；

reg06=count＞＞8；

reg05=count&0xff；

reg00=0x3e；

delay_ms（ ）；

go to AD；

在數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中，先發(fā)送數(shù)據(jù)包的高字節(jié)，再發(fā)送數(shù)據(jù)包的低字節(jié)，通過延時，保證數(shù)據(jù)包完全被發(fā)送。數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后，返回AD狀態(tài)。

4　結論

系統(tǒng)實現(xiàn)了基于IPV6的新型檢測裝置的實時數(shù)據(jù)采集，實時控制以及實時數(shù)據(jù)傳輸。在程序中嚴格地將單片機的I/O接口地址區(qū)分開來；在RTL8019AS中接受和發(fā)送使用同一個緩沖區(qū)以加快數(shù)據(jù)的傳輸速度，數(shù)據(jù)傳輸完成后再啟動A/D轉(zhuǎn)換，故此數(shù)據(jù)傳輸命令完成后，增加了時間的延遲，整個系統(tǒng)是采用查尋工作方式的。IPV6最大的特點就是地址空間巨大性，同時移動性強，地址是隨即分配的，隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，IPV6網(wǎng)絡將取代現(xiàn)在的IPV4網(wǎng)絡，基于IPV6的新型檢測裝置，更能適應以后工業(yè)控制系統(tǒng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

［1］ RFC2406 IP Encapsulating Security PayloadESP）. S.Kent

Design on Novel Measuring Device Based on IPv6

Yang Yali，Chai Xiaodong
（Huanghe S&T College， Zhengzhou 450063， China）

IPV6 has more advantages than IPV4 in the aspects of Network communication，Resource sharing and so on.The code development of finishing the procedure of C language of one-chip computer is adopted efficiently.

IPV6；RTL8019AS；80C51；Measuring