基于51单片机的网络通信接口设计

基于５１单片机的网络通信接口设计

冯杰。李述良

（黄冈师范学院物理科学与技术学院，湖北黄州４３８０００）

摘要：文章将ＴＣＰ／ＩＰ协议嵌入通用８住单片机中，通过单片机控制网络芯片ＫＴＬ８０１９ＡＳ实现了低端单片机的Ｉｎｔｅｆ—ｎｅｔ接入。文中给出系统硬件原理框图和有关实现ＴＣＰ／ＩＰ协议的程序处理流程图，对系统的软硬件架构做了阐述，并详细的介绍了硬件电路的连接，分析了实现ＴＣＰ／ＩＰ通信的硬件原理，使普通的８位单片机具有了互联网络的接入功能。关键词：单片机；ＴＣＰ／ＩＰ协ｉｇ；通信协议；开放互联系统。中图分类号：ＴＮ９１５．０４文献标识码：Ａ文章编号：１００６—８９３７（２００９）１８－００１３－－０２

随着信息技术的飞速发展，特别是３ｃ（计算机、通讯、消费电子）合一的加速发展和互联网的迅速普及，常

常使用ＣＡＮ总线、ＲＳ一２３２和ＲＳ－４８５串行通信、ＩＩＣ和ＩＩｓ等总线实现多个系统之间的数据传输与交换以及互联，通过这种总线互联的方式进行通信不仅受到信号传输距离限制，而且只有很少与之有关的通信协议，即使有也是孤立于Ｉｎｔｅｍｅｔ之外。若将系统接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ则可以实现远程数据采集、监控和诊断；并可以成为网络共享资源的一部分，而且还可以访问Ｉｎｔｅｍｅｔ上的资源。由于以太网进行通信一般都基于ＴＣＰ／ＩＰ协议，整个网络只需要有底层通讯协议就能够满足系统要求，并且便于和Ｉｎｔｅｍｅｔ实现互联。

ＴＣＰ／ＩＰ协议是一个庞大的协议簇，对系统资源消耗比较大，如何在ＲＡＭ较小的单片机系统上实现ＴＣＰ／ＩＰ协议成为以太网应用于单片机系统的难点。因为用在低端单片机系统中一方面要占用大量的内存，另一方面容易造成系统不能实时响应。因此我们可以使用由台湾Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的高度集成以太网控制器芯片ＲＴＩ加１９ＡＳ。

该ＲＡＭ可存储３２ｋＢ的数据。使用外部ＲＡＭ的目的是为了存放网络数据，提高数据的传输速率，同时外部ＲＡＭ还可以作为单片机向通信终端发送和接受数据的输入输出缓冲，这样单片机可以高速的吞吐数据。硬件接口框图如图２所示。网络控制芯片文章选用的ＲＴＬ８１０９ＡＳ是１０Ｍｂ／ｓ的全双工以太网控制器，由于其优良的性能和低廉的价格而被广泛应用。另外，ＲＴＬ８０１９不直接连结ＲＪ４５以太网口，中间需要加一块网络隔离变压器，一方面用于耦合滤波以增强信号，另一方面是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏设备。ＨＤ、ＬＤ负责发送信号，ＴＰＩＮ＋、ｒＩ．ＰＩＮ一负责接收信号。同时两个发光二极管分别用于反映通讯的状态：通讯有冲突或者接收到网上的数据包。

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１系统硬件接口设计

实现Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的方案很多，如Ｐｃ网关＋专用网、ＥｍＷａｒｅ的ＥＭＩＴ技术、集成了网络控制器的微处理器、低端单片机＋网卡芯片相结合等。上述方案中以“低端单片机＋网卡芯片”实现Ｉｎｔｅｍｅｔ接入最为经济、简单；其原理是用单片机加载ＴＣＰ／ＩＰ协议控制以太网网卡进行数据传输，从而实现与以太网进行通信。该方案系统结构框图如图１所示，整个系统由四个部分组成：以单片机为核心的主控单元、以太网控制单元、以太网络、通信终端。

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圈１系统结构框图

图２所示为单片机控制网卡芯片通信的硬件接口框图。ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片引脚内部已经接了一个１００ｋｎ的下拉电阻，当引脚悬空时的输入状态为低电平。ＡＥＮ引脚为Ｉ／Ｏ端口操作允许使能脚，ＲＴＬ８０１９的ＡＥＮ引脚连结单片机的Ｐ１．０，当ＡＥＮ－－Ｏ（低电平）时，ＲＴＬ８０１９可以被操作；ＲＴＬ８０１９Ａ的读写控制引脚ＩＯＲＢ、ＩＯＷＢ分别与单片机的ＲＤ，ＷＲ引脚相连，当ＩＯＷＢ－－－Ｏ（低电平）时，ＲＴＬ８０１９的寄存器写状态启动；Ｐ３．７（ＲＤ）连结ＲＴＬ８０１９的ＩＯＲＢ，当ｍＩ｛Ｂ－－－Ｏ（低电平）时，ＲＴＬ８０１９的寄存器读状

该系统硬件设计关键在主控芯片和以太网控制芯片的设计，在设计上考虑到ＴＣＰ／ＩＰ协议栈程序比较大，文章ＭＣＵ采用大容量Ｆｌａｓｈ的８位单片机８９Ｃ５２，因其ＲＡＭ比较小故需要扩展一片６２２５６外部ＲＡＭ存储器芯片，

作者简介：冯杰（１９６６－），男，湖北黄冈人，副教授，黄冈师范学院省级

电工电子实验教学中心主任。基金项目：黄冈师范学院自然科学重点项目（０５ＣＡ２８）；

黄冈师范学院教学改革重点项目（２００８ＣＥｌ）