以太网接口设计论文范文

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1硬件电路设计

ENC28J60的主要功能模块SPI接口充当主控器与ENC28J60之间的通信信道．STM32F103VET6具有3个SPI接口，可以直接地与ENC28J60连接．图2为10M以太网ENC28J60的硬件原理图．本次设计中，STM32单片机的PA4－SPI1－NSS引脚与ENC28J60－CS连接，完成片选．当多个SPI设备与MCU相连时，每个设备的这个片选信号线是与MCU单独的引脚相连的;当SS信号线为低电平时，片选有效，开始SPI通信．STM32单片机的PA5－SPI1－SCK与ENC28J60－SCK引脚连接，时钟信号由主通信设备产生，不同的设备支持的时钟频率不一样，STM32的SPI时钟频率最大为fPCLK/2;STM32单片机的PA6－SPI1－MISO，PA7－SPI1－MISI分别与ENC28J60－SO，ENC28J60－SI引脚连接，完成数据的传输与接收．由于ENC28J60内部稳压器无法驱动外部负载，所以电源引脚必须与同一个3．3V电源相连，并且在每个电源引脚与地之间都应连接一个0．1μF的电容．在ENC28J60芯片的OSC2和OSC1引脚之间连接25MHz晶振以及2个20pF的接地电容，能够为ENC28J60提供较精确的时钟信号，同时也可节省PHY的晶振．以太网变压器在实现以太网接口操作时是不可缺少的，本设计中，在差分发送引脚(TPOUT+/TPOUT－)上，需要外接一个带有中心抽头的1∶1脉冲变压器［2］．本设计中采用的是集成以太网隔离变压器RJ45插座HR91105A．

2软件设计

本接口设计选用开发环境MDK，在MDK环境下可以使用C/C++方便地开发Cortex－M3的应用程序．与其他开发程序相比，MDK具有入门容易、使用方便，并在调试程序、软件仿真方面也有很强大的功能．以太网收发数据程序流程如图3所示．主程序通过查询的方式发送数据，采取通过判断函数返回值方式是否接收到数据，若接收到数据，通过指针把数据包传递给上层的LwIP协议栈进行处理，完成数据包的收取．收发数据主程序主要包括系统及外设的初始化、以太网控制器的初始化、发送数据、接收数据和应用处理等部分．

2．1STM32库STM32库是由ST公司针对STM32提供的函数接口，即API(ApplicationProgramInterface)，开发者可以调用这些库函数接口来配置STM32的寄存器，使开发人员得以脱离最底层的寄存器操作，有开发速度快、易于阅读、维护成本低等优点．实际上，库是架设在寄存器与用户驱动层之间的代码，向下处理与寄存器直接相关配置，向上为用户提供平配置寄存器的接口［3］．本设计采用最新的STM32的3．5版库文件，相对于以往版本的库文件兼容性更好．

2．2LwIP协议栈要实现TCP/IP协议栈，代码可以自行编写，但一般都会移植更加稳定优良的代码．LwIP是LightWeightInternetProtocol的缩写，是由瑞士计算机科学院AdamDunkels等开发的适用于嵌入式领域的轻量级TCP/IP协议栈，它可以移植到含有操作系统的平台中，也可以在无操作系统的平台下运行．由于其开源，占用的RAM和ROM比较少，支持较为完整的TCP/IP协议，且十分便于剪裁、调试，被广泛地应用于中、低端的32位操作平台［4］．该协议栈提供了一组API函数应用程序调用，编程方便［5］．LwIP通过pbuf建立了与底层硬件收发数据包的数据结构，可以实现数据的管理;netif结构体则保存了网卡地址、IP地址、网关等设置的这些信息．下面例举部分LwIP_Init()函数，其主要功能是初始化LwIP协议栈，主要是把ENC28J60与LwIP连接起来，包括IP，MAC地址，接口函数。

3仿真与应用

MDK仿真工具强大，本设计软件调试部分利用MDK软件针对STM32进行仿真，执行工程中的代码．仿真结果如下图4所示．构成网络应用的软件有不同的结构，有B/S结构(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)．本网络接口设计中HTTP服务器其是基于B/S结构的，用户运行应用程序时通过访问Web调用服务器的应用程序，并通过浏览器把结果显示给用户．该以太网接口应用于校园能耗监控系统中，所以设计出一款可以远程控制LED灯亮灭的简单应用，其运行结果如图5所示．

4结语

以STM32作为主控芯片结合以太网控制器设计的10M以太网接口，具有电路连接简单、通信距离远、可实现网络传输功能等优点．在校园能耗监控系统中，将传感器采集的数据编写成MAC数据包格式通过该接口发送给上位机，现场控制器也可通过该接口接收上位机发送的命令，进而实现了监控系统的管理控制一体化，而且使用该以太网接口既保证了数据传输的可靠性，又能最大程度的减少对现有建筑物的改造和破坏，所以，在当今社会节约能源的强烈需求下，该设计具有更广阔的应用前景．

作者：王晓丽姜川于跃单位：吉林建筑大学电气与电子信息学院