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

時間：2011-01-27 18:39:25

關(guān)鍵字： ETHERNET 協(xié)議轉(zhuǎn)換器 RS-232 PIC18F

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[導(dǎo)讀]基于PIC18F66J60的Ethernet 至 RS-232 的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，以八位機實現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，與市場同類產(chǎn)品相比較，具有更低成本、更低功耗、性能優(yōu)越的特點。用戶利用它可以輕松實現(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)知識以及TCP/IP 協(xié)議，節(jié)省人力物力和開發(fā)時間，使產(chǎn)品更快的投入市場，增強競爭力。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。在實際運用中，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)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化程度的大幅提升。

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)男枨螅也荒芙尤隝nternet。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，或者對原有系統(tǒng)的全部或局部進(jìn)行重新設(shè)計。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。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

ETORS232基于一種單芯片的Ethernet與RS-232 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。該方案采用Microchip針對嵌入式系統(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，具有出色的計算性能、豐富的功能集以及極具競爭力的價格。

PIC18F66J60包括一系列串行通信外設(shè)，包括多至2個的獨立增強型USART 和多至2個的主控SSP 模塊，能夠進(jìn)行SPI 和I2C? （主控和從動）模式操作。此外，通用I/O 端口中有一個可重新配置為8 位并行從動端口，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個捕捉/ 比較/PWM (CCP) 模塊和3個增強型CCP （ECCP）模塊，可方便靈活地實現(xiàn)控制應(yīng)用；在同一時間，最多可以使用4 種不同時基來執(zhí)行幾項不同的操作；3個ECCP 模塊中的每一個最多都可提供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、自動關(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。這是一個完整的連接解決方案，完全實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層收發(fā)器模塊。只需使用兩個脈沖變壓器和一些無源元件就可以將單片機直接與以太網(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)部實現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)包過濾機制，用以限制傳入的數(shù)據(jù)包。它還提供了一個用于實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐的內(nèi)置DMA 模塊，以及硬件IP 校驗和計算。另外還提供了兩個用于指示鏈路和網(wǎng)絡(luò)活動的LED 輸出。

以太網(wǎng)模塊包含以下五個主要功能模塊：

1. PHY收發(fā)器模塊——對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. 獨立的8 KB RAM 緩沖區(qū)——用于存儲已經(jīng)接收和將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
4. 判優(yōu)器——在單片機內(nèi)核、DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請求時，控制對RAM 緩沖區(qū)的訪問。
5. 寄存器接口——用作以太網(wǎng)模塊和單片機特殊功能寄存器（SFR）之間命令和內(nèi)部狀態(tài)信號的譯碼器。

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 1.5KV 隔離；接口類型 RJ45
* 串行通信口參數(shù)：
信號連接線 RxD，TxD，GND；數(shù)據(jù)位 8 位，無校驗、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
* 機械特性：
尺寸（長x 寬x 高） 80 x 36 x 15 mm

應(yīng)用范圍

* 工業(yè)自動化（測量、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）

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)運行后，單片機運行Microchip的TCP/IP協(xié)議棧，當(dāng)通信串行口有數(shù)據(jù)接收時，單片機接收數(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，單片機接受數(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)端主機發(fā)出地址解析包，根據(jù)IP 地址請求對應(yīng)的的網(wǎng)絡(luò)地址。
　　SM_APP_ARP_RESOLVE: 接受遠(yuǎn)端主機發(fā)出地址解析包，設(shè)置遠(yuǎn)端主機的網(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，并向主機發(fā)送連接請求。
　　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運行后，首先會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，用戶可對其連接模式、MAC地址、IP地址、端口地址、遠(yuǎn)端主機IP 地址、遠(yuǎn)端主機端口地址、串口速率、DHCP是否有效等進(jìn)行配置。

結(jié)語

基于PIC18F66J60的Ethernet 至 RS-232 的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，以八位機實現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，與市場同類產(chǎn)品相比較，具有更低成本、更低功耗、性能優(yōu)越的特點。用戶利用它可以輕松實現(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)知識以及TCP/IP 協(xié)議，節(jié)省人力物力和開發(fā)時間，使產(chǎn)品更快的投入市場，增強競爭力。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。在實際運用中，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)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化程度的大幅提升。

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