引言

　　隨著人們生活水平的提高及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)無(wú)不滲透到日常生活的每個(gè)角落，如使用電腦上網(wǎng)、手機(jī)上網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程登錄等。目前寬帶接入的主要方式有以太網(wǎng)接入、ADSL接入和CableModem接入三種。其中ADSL接入和CableModem接入均可利用豐富的銅線資源。以太網(wǎng)接入技術(shù)是具有中國(guó)特色的接入技術(shù)。由于中國(guó)特色的民宅大多數(shù)非常集中，符合以太網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)。而且以太網(wǎng)接入技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)非常成熟、標(biāo)準(zhǔn)化、平均端口成本低、帶寬高、用戶端設(shè)備成本低。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　以太網(wǎng)接入設(shè)備硬件電路主要由微處理器（LPC2214）、固件網(wǎng)絡(luò)芯片（W5100）、鍵盤(pán)顯示電路、AC/DC電源變換電路、串口電平變換電路（MAX232）及以太網(wǎng)變量器等組成，其原理框圖如圖1所示。

　　WIZnet公司的W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成了全硬件TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)無(wú)操作系統(tǒng)的Internet連接。

　　LPC2214為NXP公司ARM7TDMI-S系列處理器的一種，具有片內(nèi)16k字節(jié)靜態(tài)RAM和256k字節(jié)片內(nèi)FLASH。支持片內(nèi)Boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用中編程（IAP），需要的外圍器件較少，非常適合低成本的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　W5100與微處理器之間支持直接總線、間接總線和SPI總線接三種接口方式。

　　直接總線接口

　　直接總線接口采用15位地址線（A0～A14），8位數(shù)據(jù)線（D0～D7），另加片選（CS/），讀（RD/），寫(xiě)（WR/）及中斷（INT/）等信號(hào)線。W5100采用25MHz晶體，LPC2214采用12MHz晶體。

　　LPC2214的串口0經(jīng)接口芯片MAX232電平變換后接入的DB9插座上，用于家用電器直接使用RS-232串口接入。直接總線接口方式的電原理圖如圖2所示。

　　間接總線接口

　　間接總線接口采用2位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS/，RD/，WR/ 及INT/等信號(hào)線。ADDR[14:2]地址線經(jīng)過(guò)電阻接地。間接總線接口方式電原理圖如圖3所示。

　　SPI 總線接口

　　該模塊針對(duì)用戶不同的應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)，本質(zhì)上就是用戶的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，與SPI-4接口沒(méi)有直接關(guān)系。當(dāng)應(yīng)用支持多個(gè)端口時(shí)，這部分就顯得至關(guān)重要。下面以支持兩個(gè)端口的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明用戶邏輯的設(shè)計(jì)技巧。

　　SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)置FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCLK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT、有的SPI接口芯片沒(méi)有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。

　　SPI串行接口模式只需要4個(gè)引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這4個(gè)引腳的定義分別為：SCLK、SS/、MOSI、MISO。W5100的SPI使能信號(hào)SEN接高電平，使能SPI操作。LPC2214具有兩個(gè)SPI接口，本例采用個(gè)SPI口與W5100對(duì)接。SPI總線接口方式的電原理圖如圖4所示。

　　鍵盤(pán)顯示接口

　　鍵盤(pán)顯示接口電路主要包括4×4（組成16個(gè)鍵）鍵盤(pán)掃描及顯示驅(qū)動(dòng)兩部分。鍵盤(pán)由16個(gè)高可靠性的微觸開(kāi)關(guān)組成。顯示驅(qū)動(dòng)主要使用LPC2214的1位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS1/，RD/，及WR/信號(hào)線。處理器完成顯示屏的初始化及操作過(guò)程中的實(shí)時(shí)顯示控制。鍵盤(pán)顯示接口電原理圖如圖5所示。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　軟件采用mCOS-II操作系統(tǒng)，采用語(yǔ)言C語(yǔ)言進(jìn)行編程，軟件主要由人機(jī)接口模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等三部分組成。

　　人機(jī)接口模塊主要完成4×4鍵盤(pán)掃描、按鍵去抖動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)等，用戶通過(guò)按鍵操作來(lái)完成接入設(shè)備設(shè)置或查詢，并將相應(yīng)的信息通過(guò)顯示屏告知用戶。

　　系統(tǒng)設(shè)置模塊主要對(duì)接入設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如網(wǎng)關(guān)地址寄存器（GAR）、本設(shè)備物理地址寄存器（SHAR）子網(wǎng)掩碼寄存器（SUBR）設(shè)備IP 地址寄存器（SIPR） 及RS-232串口波特率等參數(shù)，并將設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行保存，下次開(kāi)機(jī)時(shí)參數(shù)保持不變。其它有關(guān)W5100參數(shù)設(shè)置可以參考其數(shù)據(jù)手冊(cè)，手冊(cè)提供了寄存器的初始化程序，供用戶參考。

　　數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要完成接入設(shè)備的以太網(wǎng)接口與和RS-232接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，接收以太網(wǎng)接口來(lái)的查詢及遙控命令信息，完成對(duì)家電等設(shè)備的遙控功能。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文是基于W5100以太網(wǎng)接入設(shè)備集成有TCP/IP等協(xié)議棧，對(duì)軟件程序員設(shè)計(jì)水平要求較低。設(shè)備外圍器件較少，硬件成本低廉，適用于低成本的以太網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)合，具有較高的商業(yè)推廣價(jià)值。