单片机的以太网连接方式2009-08-27 10:48本博客页内容将与设计过程同步本设计将以VRS51L3074单片机为基础阐述一种单片机连接以太网的方式。
通过这种方式，可以使单片机成为计算网络中的一个终端，从而方便地扩展、高速地通讯。
设计计划：2009年8月25日前完成选型工作，读懂资料，并绘制出相应的电路原理图2009年8月28日前完成网络连接模块的PCB板设计2009年9月7日前将单片机上基础软件部分调通2009年9月10日前完成该通讯模块的软硬件功能设计2009年9月20日前完成整体方案的性能测试，并提交相关测试文档本博客页内容将与设计过程同步本设计基于CP2200单芯片以太网微控制器及VRS51L3074高速8位单片机，以实现单片机访问以太网功能。
以太网作为现代主要的数据传输方式，以其高速性和很高的数据稳定性，已经从个人计算机到智能设备深入到世界的每个角落。
作为现在用量最大、普及程度最高的8位单片机，其加入以太网络进行数据传输已经是大势所趋。
现代的新型1T8051类型的单片机，如RAMTRON公司的VRS51L3074单片机，已经能够提供足够的资源和速度以应对以太网对硬件的需求，这为8位单片机参与到以太网中奠定了良好的基础。
作为本次设计的核心控制基础，先介绍下VRS51L3074高性能51系列单片机。
VRS51L3074系列单片机是RAMTRON公司推出的一款1T的8051系列单片机。
该款单片机性能优越，因其每个时钟周期就是一个系统周期，故而其可以工作在40MIPS的指令速度下，从速度上说，该单片机是可以用于小规模数据处理；该款单片机有256B+4KB的RAM；值得一提的是，在单片机内还集成了8KB的FRAM（铁电存储器），这是其他系列单片机所不具备的，这能够大大提升单片机的数据静态存储效能；该款单片机拥有完整的JTAG接口，可用于在线编程和在线调试，给开发带来很大的方便；其具备SPIBUS和SMBUS(IIC)总线，可独立地进行单片机与外围设备之间的串行通信；该单片机拥有丰富的外中断接口和时钟信号接口及PWM输出，在时间精度控制方面可以做到卓越的效果；其内部集成WatchDogTimer，加上其工业级的工作温度，使其在恶劣环境下也能正常工作。
从单片机的资源和性能角度来说，该单片机是同类单片机中性能极高的，完全可以满足工业应用和高速数据传输的需求。
下面再介绍一下CP2200单芯片以太网微控制器。
CP2200以太网控制器是Silicon公司推出的专门服务8位/16位单片机的一种集成以太网络协议打包的芯片，其集成IEEE 802.3 MAC 和10 BASE-T PHY，完全兼容100/1000 BASE-T网络，自适应全/半双工网络，可适应大多数以太网络组织形式；其具有碰撞自动重发、自动填充和CRC生成、支持广播和多播MAC寻址等功能，大大减轻了后向通道中MCU的负荷。
该单片机网络通讯模块是本人现工作中一款产品设计项目的一部分，在项目主体MCU选型中已选择了VRS51L3074的3.3V供电单片机，并以CP2200作为网络控制芯片。
说下CP2200网络控制器的电路连接。
该网络控制芯片支持直接的INTEL或Motorola总线接口，所以能方便地与51系列带并行总线的单片机进行连接。
另外，CP2200与网络连接只需要简单的连线到一个RJ-45网络接口即可，使用非常方便下面是CP2200典型应用框图：该芯片实际应用中的连接：与单片机连接的引脚芯片上D0~D7脚为8位数据总线引脚，接于VRS51L3074单片机（下称单片机）P0 A0~A7脚为8位地址总线引脚通过单片机总线扩展74HC574的A0~A7输出RD脚为数据输出控制脚，低电平有效，接于单片机RD控制脚WR脚为数据输入控制脚，低电平有效，接于单片机WR控制脚INT脚为终端输出脚，低电平有效，接于单片机INT1中断源CS脚为片选脚，接于单片机P4.4脚ALE脚为地址/数据选择脚，接于单片机ALE脚与RJ-45网络接头连接的引脚RX+与RX-为网线接收数据引脚，分别接于RJ-45的RDP、RDN引脚TX+与TX-为网线发送数据引脚，分别接于RJ-45的TDP、TDN引脚ACT与LINK引脚为RJ-45接头的ACT、LINK灯的控制引脚，分别接于RJ-45的D3、D1引脚芯片上的其他引脚XTAL1与XTAL2引脚为晶振引脚，外接一个20MHz晶振+起振电容MUXEN与MOTEN引脚为总线方式引脚，在INTEL总线连接方式下，两引脚接地VDD1、VDD2与DGND1、DGND2引脚为电源引脚，分别接3.3V和数字地RJ-45上的其他引脚D4、D2为ACT和LINK两个二极管的阴极，接于数字地RCT、TCT为网络线的去耦电容，分别接103电容对地下图为本人绘制的电路原理图供大家参考单片机硬件连接为了发挥该单片机的高速性能及其内部强大的资源应用，我们对CP2200网络芯片采用了并行总线+片选信号+中断的连接方式，这样的方式可以以最高效的方式访问CP2200网络芯片。
本设计中，因系统还需通过串行UART接口与其他部分的机器进行连接，故而没有采用最高速度的晶体振荡器，而是用了22.1184MHz的晶振，以适应标准波特率方式的要求。
仅仅从单片机进行以太网通讯的设计来看，一片VRS51L3074单片机和一片CP2200网络已经足够，但为了调试方便，在设计中拟增加矩阵键盘接口和1602液晶显示接口以便调试使用。
为了与本人在做的项目匹配，本设计中也加入了频率信号测量、PWM调制输出以及RS-485通讯接口，经过评估，这些功能都可以由VRS51L3074来胜任。
同时，还应用到了VRS51L3074单片机内部集成的铁电存储器、大容量静态存储器以及看门狗等资源。
下面是整体设计框图软件方面，我采用原先比较熟悉的SMALL RTOS 51单片机操作系统作为构架平台，并在该平台下构建驱动程序及应用程序。
该操作系统是一个完全免费的基于51系列单片机开发的实时多任务操作系统。
因其简单易学，占代码空间小，支持软件资源多样等特点，受到很多单片机工程师的亲睐。
现该操作系统已被移植到ARM平台下，并在不断发展中。
基于该操作系统的应用程序和在其它操作系统上一样设计是以任务为单位的设计方式，其中任务之间的数据可以通过信号量和消息队列进行传递。
另外，该操作系统还支持中断管理。
所以在做规模较大的程序时，应用SMALLRTOS51单片机操作系统是非常好的选择。
下面介绍一下本设计中SMALL RTOS 51操作系统（下称系统）的应用结构。
本设计以系统为核心，基于此扩展出多个任务，用于运行和运算及控制：时基任务：用于系统状态监控、系统工作指示灯、通信状况检查、喂狗等工作UART任务：用于接收UART数据，并对数据进行一些初级操作（如数据到任务的分配、数据到信号的对应等）工作网络通讯任务：用于将发送缓冲中的数据进行高级协议打包及发送，对接收到的数据进行初级操作液晶输出任务：按照将液晶控制输出消息队列中的控制信息和数据信息对液晶屏进行显示输出键盘输入任务：进行矩阵键盘扫描，键盘动作数据的初级操作频率输入任务：与本网络通讯模块无关，暂不介绍核心运算调制输出任务：对各种数据进行运算分析，并得出结果供PWM输出运行数据存储任务：对需要存储的任务进行FRAM存储，以及在下次运行时进行数据恢复为了提高开发效率，节约部件开发成本，拟使用RAMTRON的VRS51L3074单片机开发板。
希望厂家能够予以支援，以便我们项目能够顺利进行。
谢谢！以太网作为现代主要的数据传输方式，以其高速性和很高的数据稳定性，已经从个人计算机到智能设备深入到世界的每个角落。
作为现在用量最大、普及程度最高的8位单片机，其加入以太网络进行数据传输已经是大势所趋。
现代的新型1T8051类型的单片机，如RAMTRON公司的VRS51L3074单片机，已经能够提供足够的资源和速度以应对以太网对硬件的需求，这为8位单片机参与到以太网中奠定了良好的基础。
作为本次设计的核心控制基础，先介绍下VRS51L3074高性能51系列单片机。
VRS51L3074系列单片机是RAMTRON公司推出的一款1T的8051系列单片机。
该款单片机性能优越，因其每个时钟周期就是一个系统周期，故而其可以工作在40MIPS的指令速度下，从速度上说，该单片机是可以用于小规模数据处理；该款单片机有256B+4KB的RAM；值得一提的是，在单片机内还集成了8KB的FRAM（铁电存储器），这是其他系列单片机所不具备的，这能够大大提升单片机的数据静态存储效能；该款单片机拥有完整的JTAG接口，可用于在线编程和在线调试，给开发带来很大的方便；其具备SPIBUS和SMBUS(IIC)总线，可独立地进行单片机与外围设备之间的串行通信；该单片机拥有丰富的外中断接口和时钟信号接口及PWM输出，在时间精度控制方面可以做到卓越的效果；其内部集成WatchDogTimer，加上其工业级的工作温度，使其在恶劣环境下也能正常工作。
从单片机的资源和性能角度来说，该单片机是同类单片机中性能极高的，完全可以满足工业应用和高速数据传输的需求。
下面再介绍一下CP2200单芯片以太网微控制器。
CP2200以太网控制器是Silicon公司推出的专门服务8位/16位单片机的一种集成以太网络协议打包的芯片，其集成IEEE 802.3 MAC 和10 BASE-T PHY，完全兼容100/1000 BASE-T网络，自适应全/半双工网络，可适应大多数以太网络组织形式；其具有碰撞自动重发、自动填充和CRC生成、支持广播和多播MAC寻址等功能，大大减轻了后向通道中MCU的负荷。
该单片机网络通讯模块是本人现工作中一款产品设计项目的一部分，在项目主体MCU选型中已选择了VRS51L3074的3.3V供电单片机，并以CP2200作为网络控制芯片。
说下CP2200网络控制器的电路连接。
该网络控制芯片支持直接的INTEL或Motorola总线接口，所以能方便地与51系列带并行总线的单片机进行连接。
另外，CP2200与网络连接只需要简单的连线到一个RJ-45网络接口即可，使用非常方便下面是CP2200典型应用框图：该芯片实际应用中的连接：与单片机连接的引脚芯片上D0~D7脚为8位数据总线引脚，接于VRS51L3074单片机（下称单片机）P0A0~A7脚为8位地址总线引脚通过单片机总线扩展74HC574的A0~A7输出RD脚为数据输出控制脚，低电平有效，接于单片机RD控制脚WR脚为数据输入控制脚，低电平有效，接于单片机WR控制脚INT脚为终端输出脚，低电平有效，接于单片机INT1中断源CS脚为片选脚，接于单片机P4.4脚ALE脚为地址/数据选择脚，接于单片机ALE脚与RJ-45网络接头连接的引脚RX+与RX-为网线接收数据引脚，分别接于RJ-45的RDP、RDN引脚TX+与TX-为网线发送数据引脚，分别接于RJ-45的TDP、TDN引脚ACT与LINK引脚为RJ-45接头的ACT、LINK灯的控制引脚，分别接于RJ-45的D3、D1引脚芯片上的其他引脚XTAL1与XTAL2引脚为晶振引脚，外接一个20MHz晶振+起振电容MUXEN与MOTEN引脚为总线方式引脚，在INTEL总线连接方式下，两引脚接地VDD1、VDD2与DGND1、DGND2引脚为电源引脚，分别接3.3V和数字地RJ-45上的其他引脚D4、D2为ACT和LINK两个二极管的阴极，接于数字地RCT、TCT为网络线的去耦电容，分别接103电容对地下图为本人绘制的电路原理图供大家参考单片机硬件连接为了发挥该单片机的高速性能及其内部强大的资源应用，我们对CP2200网络芯片采用了并行总线+片选信号+中断的连接方式，这样的方式可以以最高效的方式访问CP2200网络芯片。