基于PIC18F66J60的Ethernet至RS-232的協(xié)議轉(zhuǎn)換器

目前，在工業(yè)控制等多數(shù)領(lǐng)域中，大多數(shù)的設(shè)備的通信接口符合RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)。這種通信方式的數(shù)據(jù)傳輸半徑十分有限，并不能滿足遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枨?，而且不能接入Internet。有兩種方法可以將這些串口設(shè)備進(jìn)行有效的改進(jìn)，使其接入到Internet。一種方法更新原有的系統(tǒng)，采用能夠接入Internet的新產(chǎn)品，或者對(duì)原有系統(tǒng)的全部或局部進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。這種方式可能從根本上解決系統(tǒng)接入到Internet問題，但是其成本較高、周期較長(zhǎng)。另外一種方法是在原來的設(shè)備上面使用RS-232-Internet的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)Internet的接入。不論從復(fù)雜程度還是成本上面，這種方法明顯優(yōu)于第一種。

協(xié)議轉(zhuǎn)換器的主要功能在于橋接，用戶設(shè)備可以通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器的以太網(wǎng)接口連接到網(wǎng)絡(luò)上，協(xié)議轉(zhuǎn)換器的串口與用戶設(shè)備相連，使遠(yuǎn)程PC機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)來控制用戶的設(shè)備。下面給大家介紹一款基于PIC18F66J60的單芯片協(xié)議轉(zhuǎn)換器ETORS232。

產(chǎn)品特點(diǎn)

ETORS232基于一種單芯片的Ethernet與RS-232 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。該方案采用Microchip針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的Internet接入應(yīng)用 開發(fā)出的8位集成以太網(wǎng)控制芯片PIC18F66J60，并且系統(tǒng)內(nèi)嵌了Microchip發(fā)布的基于此芯片的TCP/IP協(xié)議棧，能夠使設(shè)備以UDP、TCP Server、TCP Client模式接入到網(wǎng)絡(luò)。

ETORS232的性能特點(diǎn)如下：

* 單芯片完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，大大降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度。
* 整機(jī)尺寸只有一張信用卡的一半大小，功耗不到1 瓦，方便將其集成到自己的設(shè)備中。
* ETORS232 內(nèi)部集成TCP/IP 協(xié)議棧，用戶不再花費(fèi)很多的精力放在TCP/IP 協(xié)議編程上面，可以輕易的將用戶的產(chǎn)品接入到以太網(wǎng)。
* 10M Ethernet接口，最大波特率為115200 bps。
* 支持動(dòng)態(tài)(DHCP) 或靜態(tài)獲取IP地址。
* 支持三種不同的網(wǎng)絡(luò)連接模式：TCP SERVER模式、TCP CLIENT模式和UDP模式。
* 可以方便的使用Windows 應(yīng)用程序NetConfig，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的查看和配置。

PIC18F66J60特性介紹

PIC18F66J60是microchip公司新推出的一款以太網(wǎng)微控制器，具有出色的計(jì)算性能、豐富的功能集以及極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。

PIC18F66J60包括一系列串行通信外設(shè)，包括多至2個(gè)的獨(dú)立增強(qiáng)型USART 和多至2個(gè)的主控SSP 模塊，能夠進(jìn)行SPI 和I2C? （主控和從動(dòng)）模式操作。此外，通用I/O 端口中有一個(gè)可重新配置為8 位并行從動(dòng)端口，用于進(jìn)行直接的處理器間通信。該系列的所有器件都包括2個(gè)捕捉/ 比較/PWM (CCP) 模塊和3個(gè)增強(qiáng)型CCP （ECCP）模塊，可方便靈活地實(shí)現(xiàn)控制應(yīng)用；在同一時(shí)間，最多可以使用4 種不同時(shí)基來執(zhí)行幾項(xiàng)不同的操作；3個(gè)ECCP 模塊中的每一個(gè)最多都可提供4路PWM 輸出，從而總共可有12 路PWM；ECCP 模塊還提供許多有用功能，包括極性選擇、可編程死區(qū)延時(shí)、自動(dòng)關(guān)閉與重啟，以及半橋與全橋輸出模式。

PIC18F66J60 系列器件都具有嵌入式以太網(wǎng)控制器模塊。這是一個(gè)完整的連接解決方案，完全實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層收發(fā)器模塊。只需使用兩個(gè)脈沖變壓器和一些無源元件就可以將單片機(jī)直接與以太網(wǎng)相連。

它的以太網(wǎng)模塊符合IEEE 802.3 中所有關(guān)于雙絞線網(wǎng)絡(luò)10-BaseT 連接的規(guī)定。它在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)包過濾機(jī)制，用以限制傳入的數(shù)據(jù)包。它還提供了一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐的內(nèi)置DMA 模塊，以及硬件IP 校驗(yàn)和計(jì)算。另外還提供了兩個(gè)用于指示鏈路和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的LED 輸出。

以太網(wǎng)模塊包含以下五個(gè)主要功能模塊：

1. PHY收發(fā)器模塊——對(duì)傳輸雙絞線接口上的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收它。
2. MAC 模塊——實(shí)現(xiàn)了符合IEEE 802.3 規(guī)范的MAC 邏輯，并提供了用以控制PHY 的MIIM（Media Independent Interface Management）。
3. 獨(dú)立的8 KB RAM 緩沖區(qū)——用于存儲(chǔ)已經(jīng)接收和將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
4. 判優(yōu)器——在單片機(jī)內(nèi)核、DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，控制對(duì)RAM 緩沖區(qū)的訪問。
5. 寄存器接口——用作以太網(wǎng)模塊和單片機(jī)特殊功能寄存器（SFR）之間命令和內(nèi)部狀態(tài)信號(hào)的譯碼器。

以太網(wǎng)模塊框圖

主要參數(shù)：

網(wǎng)絡(luò)類型 10M 以太網(wǎng)；隔離保護(hù) 1.5KV 隔離；接口類型 RJ45
* 串行通信口參數(shù)：
信號(hào)連接線 RxD，TxD，GND；數(shù)據(jù)位 8 位，無校驗(yàn)、停止位 1 位；速率 1200bps ~ 115.2Kbps
* 網(wǎng)絡(luò)特性：
支持協(xié)議 ICMP, ARP, IP, TCP, UDP, DHCP；運(yùn)行方式 UDP, TCP Server, TCP Client
* 電源參數(shù)：
輸入電壓 5V DC +/- 5%；最大輸入電流 200mA
* 機(jī)械特性：
尺寸（長(zhǎng)x 寬x 高） 80 x 36 x 15 mm

應(yīng)用范圍

* 工業(yè)自動(dòng)化（測(cè)量、傳輸設(shè)備）
* 醫(yī)療保健設(shè)備（生命指標(biāo)監(jiān)控儀 ）
* 樓宇自動(dòng)化/樓宇安全系統(tǒng)（讀卡系統(tǒng)、防火安全）
* 信息家電系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)熱水器，網(wǎng)絡(luò)冰箱）
* 銷售網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)（POS 機(jī)）

系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，使用單芯片完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，這大大降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度。系統(tǒng)運(yùn)行后，單片機(jī)運(yùn)行Microchip的TCP/IP協(xié)議棧，當(dāng)通信串行口有數(shù)據(jù)接收時(shí)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式并從以太網(wǎng)送出；當(dāng)以太網(wǎng)有數(shù)據(jù)接收時(shí)，單片機(jī)接受數(shù)據(jù)并將其數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)提取出并從串口送出。

系統(tǒng)工作模式

通信軟件流程框圖

各狀態(tài)說明：

　　SM_APP_INIT： 起始狀態(tài)，進(jìn)行

初始化，并根據(jù)參數(shù)設(shè)置進(jìn)入相關(guān)狀態(tài)。
　　SM_APP_ARP_ASK: 向遠(yuǎn)端主機(jī)發(fā)出地址解析包，根據(jù)IP 地址請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的的網(wǎng)絡(luò)地址。
　　SM_APP_ARP_RESOLVE: 接受遠(yuǎn)端主機(jī)發(fā)出地址解析包，設(shè)置遠(yuǎn)端主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址。
　　SM_APP_UDP_SOCKET: 建立UPD 連接。
　　SM_APP_UDP: 進(jìn)行UPD連接模式下的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
　　SM_APP_TCP_SERVER_SOCKET: 建立TCP SERVER 模式下的TCP 連接，并處于監(jiān)聽狀態(tài)。
　　SM_APP_TCP_SERVER: 進(jìn)行TCP SERVER 連接模式下的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
　　SM_APP_TCP_CLIENT_SOCKET: 建立TCP CLIENT 模式下的TCP 連接，并向主機(jī)發(fā)送連接請(qǐng)求。
　　SM_APP_TCP_CLIENT: 進(jìn)行TCP CLIENT 連接模式下的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
　　SM_APP_ERROR: 空狀態(tài)，用于程序的調(diào)試。

參數(shù)配置方法

該系統(tǒng)使用NetConfig 應(yīng)用軟件進(jìn)行模塊的參數(shù)配置。NetConfig運(yùn)行后，首先會(huì)以廣播的方式查找網(wǎng)絡(luò)上的模塊，當(dāng)模塊被查找到之后，用戶可對(duì)其連接模式、MAC地址、IP地址、端口地址、遠(yuǎn)端主機(jī)IP 地址、遠(yuǎn)端主機(jī)端口地址、串口速率、DHCP是否有效等進(jìn)行配置。

結(jié)語(yǔ)

基于PIC18F66J60的Ethernet 至 RS-232 的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，以八位機(jī)實(shí)現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，與市場(chǎng)同類產(chǎn)品相比較，具有更低成本、更低功耗、性能優(yōu)越的特點(diǎn)。用戶利用它可以輕松實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能，不需要了解復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)以及TCP/IP 協(xié)議，節(jié)省人力物力和開發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品更快的投入市場(chǎng)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，高集成度使芯片以外的收發(fā)部件極少，節(jié)約了相當(dāng)大的印制板空間，降低了組件成本。在實(shí)際運(yùn)用中，只需將此模塊安裝于被控設(shè)備，即可將原有設(shè)備無縫的接入Ethernet，構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化程度的大幅提升。

參考文獻(xiàn)：
1、PIC18F97J60 Family Data Sheet
2、AN833.The Microchip TCP/IP Stack
3、AN870.An SNMP Agent for the Microchip TCP/IP Stack