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1硬件電路設(shè)計(jì)

ENC28J60的主要功能模塊SPI接口充當(dāng)主控器與ENC28J60之間的通信信道．STM32F103VET6具有3個(gè)SPI接口，可以直接地與ENC28J60連接．圖2為10M以太網(wǎng)ENC28J60的硬件原理圖．本次設(shè)計(jì)中，STM32單片機(jī)的PA4－SPI1－NSS引腳與ENC28J60－CS連接，完成片選．當(dāng)多個(gè)SPI設(shè)備與MCU相連時(shí)，每個(gè)設(shè)備的這個(gè)片選信號(hào)線是與MCU單獨(dú)的引腳相連的;當(dāng)SS信號(hào)線為低電平時(shí)，片選有效，開始SPI通信．STM32單片機(jī)的PA5－SPI1－SCK與ENC28J60－SCK引腳連接，時(shí)鐘信號(hào)由主通信設(shè)備產(chǎn)生，不同的設(shè)備支持的時(shí)鐘頻率不一樣，STM32的SPI時(shí)鐘頻率最大為fPCLK/2;STM32單片機(jī)的PA6－SPI1－MISO，PA7－SPI1－MISI分別與ENC28J60－SO，ENC28J60－SI引腳連接，完成數(shù)據(jù)的傳輸與接收．由于ENC28J60內(nèi)部穩(wěn)壓器無(wú)法驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，所以電源引腳必須與同一個(gè)3．3V電源相連，并且在每個(gè)電源引腳與地之間都應(yīng)連接一個(gè)0．1μF的電容．在ENC28J60芯片的OSC2和OSC1引腳之間連接25MHz晶振以及2個(gè)20pF的接地電容，能夠?yàn)镋NC28J60提供較精確的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)也可節(jié)省PHY的晶振．以太網(wǎng)變壓器在實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口操作時(shí)是不可缺少的，本設(shè)計(jì)中，在差分發(fā)送引腳(TPOUT+/TPOUT－)上，需要外接一個(gè)帶有中心抽頭的1∶1脈沖變壓器［2］．本設(shè)計(jì)中采用的是集成以太網(wǎng)隔離變壓器RJ45插座HR91105A．

2軟件設(shè)計(jì)

本接口設(shè)計(jì)選用開發(fā)環(huán)境MDK，在MDK環(huán)境下可以使用C/C++方便地開發(fā)Cortex－M3的應(yīng)用程序．與其他開發(fā)程序相比，MDK具有入門容易、使用方便，并在調(diào)試程序、軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能．以太網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)程序流程如圖3所示．主程序通過(guò)查詢的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，采取通過(guò)判斷函數(shù)返回值方式是否接收到數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)，通過(guò)指針把數(shù)據(jù)包傳遞給上層的LwIP協(xié)議棧進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)包的收取．收發(fā)數(shù)據(jù)主程序主要包括系統(tǒng)及外設(shè)的初始化、以太網(wǎng)控制器的初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和應(yīng)用處理等部分．

2．1STM32庫(kù)STM32庫(kù)是由ST公司針對(duì)STM32提供的函數(shù)接口，即API(ApplicationProgramInterface)，開發(fā)者可以調(diào)用這些庫(kù)函數(shù)接口來(lái)配置STM32的寄存器，使開發(fā)人員得以脫離最底層的寄存器操作，有開發(fā)速度快、易于閱讀、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)．實(shí)際上，庫(kù)是架設(shè)在寄存器與用戶驅(qū)動(dòng)層之間的代碼，向下處理與寄存器直接相關(guān)配置，向上為用戶提供平配置寄存器的接口［3］．本設(shè)計(jì)采用最新的STM32的3．5版庫(kù)文件，相對(duì)于以往版本的庫(kù)文件兼容性更好．

2．2LwIP協(xié)議棧要實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，代碼可以自行編寫，但一般都會(huì)移植更加穩(wěn)定優(yōu)良的代碼．LwIP是LightWeightInternetProtocol的縮寫，是由瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院AdamDunkels等開發(fā)的適用于嵌入式領(lǐng)域的輕量級(jí)TCP/IP協(xié)議棧，它可以移植到含有操作系統(tǒng)的平臺(tái)中，也可以在無(wú)操作系統(tǒng)的平臺(tái)下運(yùn)行．由于其開源，占用的RAM和ROM比較少，支持較為完整的TCP/IP協(xié)議，且十分便于剪裁、調(diào)試，被廣泛地應(yīng)用于中、低端的32位操作平臺(tái)［4］．該協(xié)議棧提供了一組API函數(shù)應(yīng)用程序調(diào)用，編程方便［5］．LwIP通過(guò)pbuf建立了與底層硬件收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理;netif結(jié)構(gòu)體則保存了網(wǎng)卡地址、IP地址、網(wǎng)關(guān)等設(shè)置的這些信息．下面例舉部分LwIP_Init()函數(shù)，其主要功能是初始化LwIP協(xié)議棧，主要是把ENC28J60與LwIP連接起來(lái)，包括IP，MAC地址，接口函數(shù)。

3仿真與應(yīng)用

MDK仿真工具強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)軟件調(diào)試部分利用MDK軟件針對(duì)STM32進(jìn)行仿真，執(zhí)行工程中的代碼．仿真結(jié)果如下圖4所示．構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的軟件有不同的結(jié)構(gòu)，有B/S結(jié)構(gòu)(瀏覽器/服務(wù)器)和C/S(客戶端/服務(wù)器)．本網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)中HTTP服務(wù)器其是基于B/S結(jié)構(gòu)的，用戶運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)通過(guò)訪問(wèn)Web調(diào)用服務(wù)器的應(yīng)用程序，并通過(guò)瀏覽器把結(jié)果顯示給用戶．該以太網(wǎng)接口應(yīng)用于校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)中，所以設(shè)計(jì)出一款可以遠(yuǎn)程控制LED燈亮滅的簡(jiǎn)單應(yīng)用，其運(yùn)行結(jié)果如圖5所示．

4結(jié)語(yǔ)

以STM32作為主控芯片結(jié)合以太網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)的10M以太網(wǎng)接口，具有電路連接簡(jiǎn)單、通信距離遠(yuǎn)、可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸功能等優(yōu)點(diǎn)．在校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)中，將傳感器采集的數(shù)據(jù)編寫成MAC數(shù)據(jù)包格式通過(guò)該接口發(fā)送給上位機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)控制器也可通過(guò)該接口接收上位機(jī)發(fā)送的命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的管理控制一體化，而且使用該以太網(wǎng)接口既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕帜茏畲蟪潭鹊臏p少對(duì)現(xiàn)有建筑物的改造和破壞，所以，在當(dāng)今社會(huì)節(jié)約能源的強(qiáng)烈需求下，該設(shè)計(jì)具有更廣闊的應(yīng)用前景．

作者：王曉麗姜川于躍單位：吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院