基于51單片機的網(wǎng)口串口轉(zhuǎn)換模塊設計

時磊+楊帆

摘要：隨著人民生活水平的不斷提高和科學技術(shù)的不斷進步，更加智能化和信息化的電器走進千家萬戶，基于電器網(wǎng)絡化的思想，本文提出了基于51單片機的網(wǎng)口串口轉(zhuǎn)換模塊，并對模塊的組成進行了介紹，最后在實踐中進行應用，取得了良好的效果，具有一定的推廣前景。

關(guān)鍵詞：單片機；RTL8019AS；X5045；以太網(wǎng)

中圖分類號：TP393.05 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0011-03

近年來，互聯(lián)網(wǎng)迎來了日新月異的發(fā)展，不僅其用戶日趨增多，且其技術(shù)的革新也越來越頻繁，從復雜的儀器儀表到生活中常見的小型電器，都通過各種手段搭上了互聯(lián)網(wǎng)的便車，以此來共享網(wǎng)絡中豐富的信息資源。但因網(wǎng)絡設備生產(chǎn)廠家至今沒有形成統(tǒng)一的生產(chǎn)標準，而大部分電子設備都配有RS-232串口，因此互聯(lián)互通可通過串口轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，本文設計了一種基于51單片機的網(wǎng)口串口轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)。

1 模塊組成

網(wǎng)口串口轉(zhuǎn)換模塊由單片機最小系統(tǒng)、單片機管理模塊、單片機與串口接口模塊和單片機與網(wǎng)口接口模塊構(gòu)成，如圖1所示。

單片機最小系統(tǒng)由單片機、振蕩器電路、復位電路和電源組成。它是單片機系統(tǒng)工作所必須的基礎部件，可以使用市面上常用的51系列單片機，振蕩器電路、復位電路和電源都可以選用最常用的設計方案，在單片機最小系統(tǒng)的基礎上，通過增加其它功能模塊，來達到擴展功能的目的。

單片機管理模塊是轉(zhuǎn)換模塊的管理與控制中心，以X5045芯片作為單片機管理模塊的核心，它不僅為單片機提供復位信號，還用來存儲以太網(wǎng)的IP地址、MAC地址和子網(wǎng)掩碼等數(shù)據(jù)，可以通過單片機控制X5045芯片進行讀或?qū)懖僮鳎c單片機接口電路如圖2所示[1]。

2 單片機與網(wǎng)絡接口模塊設計

利用廉價的51單片機控制以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS來實現(xiàn)以太網(wǎng)功能，使得用戶可以通過網(wǎng)絡來達到共享信息資源的目的。

2.1 以太網(wǎng)協(xié)議簡介

按其功能共分為七段，以太網(wǎng)的信息格式如表1所示[2]。

其中，數(shù)據(jù)段（DATA）為承載數(shù)據(jù)信息，分配較長的46～4500byte，其他段分配固定的字節(jié)來實現(xiàn)對應的功能。在以太網(wǎng)傳輸中，單個傳輸數(shù)據(jù)包的長度必須在60byte到1514byte之間（其中14byte為目的地址、源地址、類型），當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不足60byte時，需要填充字符；超過1514byte時，需拆分成多個數(shù)據(jù)包來傳輸。同步位、分隔位以及幀校驗序列字段在傳輸時均由以太網(wǎng)控制器自動填充，在接收端，通過控制器檢測同步位和分隔位來實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)。

2.2 RTL8019AS以太網(wǎng)控制器簡介

RTL8019AS是一款產(chǎn)于臺灣、價格低廉、性能優(yōu)良、使用廣泛的以太網(wǎng)控制器。其主要特點及性能有[3]：

（1）符合EthernetII與IEEE802.3標準（10Base5、10Base2、10BaseT）；（2）全雙工模式，速率10Mbps（收發(fā)兩端同時）；（3）配置了專用于緩沖收發(fā)的數(shù)據(jù)的SRAM（16KB），大大降低了主處理器的工作負荷，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機與以太網(wǎng)通信的功能。

2.3 以太網(wǎng)接口電路設計

編寫程序利用51單片機控制RTL8019AS，實現(xiàn)其以太網(wǎng)功能，使其可與RJ-45接口互聯(lián)互通。主要器件有：RTL8019AS、74HC573（8位鎖存）、62256（32K字節(jié)的RAM）、LPF濾波器，如圖3所示[4]。

單片機實現(xiàn)以太網(wǎng)功能，首先在程序初始化時，對單片機管理模塊X5045進行配置，設定以太網(wǎng)的IP地址、MAC地址和子網(wǎng)掩碼，這些數(shù)據(jù)可以通過串口與計算機連接，用軟件進行更改。在RTL8019AS初始化時，寄存器CONFIG1的值設置為00H，其用于選擇I/O基地址的低4位IOS3～0為0，RTL8019AS地址位為：00300H～0031FH，共20位，其I/O基地址為300H。利用ADDR15、I/OW、I/OR可將RTL8019AS和62256的地址空間劃分開，ADDR15接62256的CE腳，低電平時選擇62256；高電平時選擇RTL8019AS的地址空間[5]。地址總線的連接方式如圖3所示，在程序中分配8000H～801FH作為RTL8019AS的地址空間，51單片機的地址為16位。

其網(wǎng)絡接口的電路連接方式如：在RTL8019AS中的10BASE-T收發(fā)器的基礎上，外接一個隔離LPF濾波器，TPIN±為接收線，TPOUT±為發(fā)送線，對應RJ-45接口的RX±、TX±端。時鐘電路通過T1、T2接一個20MHZ晶振以及2個電容，實現(xiàn)全雙工方式。LED0、LED1為通訊顯示接口，利用發(fā)光二極管來實時反映數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果：LED0表示通訊故障：LED1表信息傳輸正常。

3 單片機與串口接口模塊設計

RS-232C串口現(xiàn)已內(nèi)置在大多網(wǎng)絡設備中，比如計算機就采用了標準的RS-232C串口，但是51單片機的輸入、輸出電平為TTL電平，要實現(xiàn)兩者的互聯(lián)互通，需要進行相應的電平轉(zhuǎn)換。根據(jù)需求，現(xiàn)設計基于MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換模塊，從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，若T1IN接單片機的發(fā)送端TXD，則計算機的接收端RXD一定要對應接T1OUT引腳，同時，R1OUT接單片機的RXD引腳，計算機的RS-232C的發(fā)送端TXD對應接R1IN引腳[6]。其接口電路如圖4所示。

4 結(jié)語

此網(wǎng)口串口轉(zhuǎn)換模塊已在實踐中得到應用，收到了良好的效果，該模塊不僅可以實現(xiàn)以太網(wǎng)的基本協(xié)議，包括ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等數(shù)據(jù)通信協(xié)議，而且只要稍做改造，便可以與RS-422、RS-485等串口進行網(wǎng)口轉(zhuǎn)換，顯示出了功能強大，易于擴展，應用范圍廣的特點，具有一定的推廣前景。

參考文獻

[1]何立民.MCS—51 單片機應用設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.

[2]赫爾德·吉爾伯特.以太網(wǎng)（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]REALTEK半導體公司.RTL8019AS用戶手冊[Z].2000.

[4]溫陽東，何瑄，鄧箐.基于RTL8019AS 的以太網(wǎng)接口單元研究[J].儀器儀表用戶，2006，（3）：84-85.

[5]李章林，張立民.TCP/IP 在51 單片機上的實現(xiàn)特點和方法[J].南開大學學報，2003，（8）：77-79.

[6]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.endprint