專利名稱：一種單片機的遠程通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種單片機的遠程通訊裝置。
背景技術(shù)：
目前，單片機微處理器已經(jīng)廣泛用于控制系統(tǒng)當(dāng)中，單片機本身具備一些SPI串 行通訊等近距離的通訊功能，但是通常通訊距離都有限。常用的RS232，485等通訊方式的 數(shù)據(jù)傳輸距離都不會超過幾百米。當(dāng)有數(shù)據(jù)需要遠程通訊的時候，單片機往往就顯得無能 為力了。有的控制系統(tǒng)為了實現(xiàn)遠程通訊功能，采用帶網(wǎng)線接口的PLC等帶遠程通訊功能 的控制器，也會令控制器的成本大幅度增加，并且對于簡單的控制系統(tǒng)來說更是一種資源 的浪費。目前，有些單片機的應(yīng)用場合，為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸，采用專門的一 套以太網(wǎng)傳輸裝置。這些裝置也采用以太網(wǎng)控制器，RJ45接口等來連接網(wǎng)絡(luò)，不足之處是 往往采用嵌入式系統(tǒng)等來實現(xiàn)復(fù)雜的協(xié)議，而且在傳輸?shù)倪^程中需要比較大的存儲空間， 往往需要擴展FLASH，RAM存儲器等。這就增加了遠程通訊的成本，而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜 度。這些傳輸方式往往采用套接字接口，會涉及到多線程，環(huán)境代價重大，不但線程管理等 會增加代碼的復(fù)雜度，而且往往需要額外的存儲器，還有執(zhí)行任務(wù)切換的時間開銷等。這種 傳輸方式對于存儲器和代碼量有限的單片機來說是不能接受的。為了實現(xiàn)通訊功能，只能 另外增加相應(yīng)的控制模塊，成本高，實現(xiàn)起來很復(fù)雜，本來不是很復(fù)雜的控制系統(tǒng)，往往通 訊部分比控制部分還要花費精力，得不償失。目前還很少見能用單片機來實現(xiàn)遠程通訊的 方法，也就無法把控制與遠程通訊放在一個單片機里面來一次性實現(xiàn)。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是解決上述問題，提供一種單片機的遠程通訊裝置，它在控 制器的成本不高的前提下，實現(xiàn)控制器的遠程通訊功能，甚至可以將單片機數(shù)據(jù)連接到因 特網(wǎng)上，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源進行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸數(shù)據(jù)量不是很大的控制系統(tǒng)中，完全可 以滿足實時控制的要求，大大的降低了控制系統(tǒng)的成本；通訊協(xié)議實現(xiàn)方法簡單，可以大大 減輕設(shè)計人員的工作量；用一個單片機微處理器就可以實現(xiàn)控制和遠程通訊，從而使得系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡單。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種單片機的遠程通訊裝置，它包括帶SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60， 單片機與太網(wǎng)控制器連接，以太網(wǎng)控制器與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接；在以太網(wǎng)控制器的差分接收引 腳上，設(shè)有一個脈沖變壓器I ；在差分發(fā)送引腳上，外接一個脈沖變壓器II。所述脈沖變壓器I為10BASE-T操作的1 :1脈沖變壓器。所述脈沖變壓器II為一個帶有中心抽頭的1 :1脈沖變壓器。所述以太網(wǎng)控制器的主控制器運行在非3. 3V的電壓下時，當(dāng)SPI和中斷輸入由 ENC28J60上的3. 3V CMOS輸出驅(qū)動時，主控制器需要與單向電平轉(zhuǎn)換芯片連接。所述單向電平轉(zhuǎn)換芯片采用74ACT125型電平轉(zhuǎn)換芯片。[0015]本實用新型將單片機中要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行打包，由以太網(wǎng)控制器將數(shù)據(jù)傳輸給以 太網(wǎng)，通過UlP協(xié)議棧進行數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型采用帶SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60。與其他以太網(wǎng)控制器 相比較，它只有28引腳這就大大簡化了硬件設(shè)計。ENC28J60與微控制器MCU的通訊是通過 SPI實現(xiàn)的。ENC28J60所執(zhí)行的操作完全依據(jù)外部控制器通過SPI接口發(fā)出的命令。命令 為一個或多個字節(jié)的指令，用于訪問控制存儲器和以太網(wǎng)緩沖區(qū)。指令至少包含一個3位 操作碼和一個用于制定寄存器地址或數(shù)據(jù)常量的5位參數(shù)。寫和位域指令后還會有一個或 多個字節(jié)的數(shù)據(jù)。本實用新型采用的進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢lP協(xié)議棧是一種免費的可實現(xiàn)極小的TCP/ IP協(xié)議棧。它去掉了全功能TCP/IP協(xié)議中不常使用的功能，保留了網(wǎng)絡(luò)通訊所必要的協(xié)議 機制，減少了協(xié)議代碼量，降低了協(xié)議對系統(tǒng)的要求。本實用新型應(yīng)用的版本為1.0，只需要 9KFLASH和不到IK的RAM，就可以移植到單片機上，通過TCP/IP進行通訊。套節(jié)字接口適 用于大部分的操作系統(tǒng)，卻不適合微系統(tǒng)，因為在應(yīng)用設(shè)計里，它使用一個線程基于編程模 塊。一個多線程環(huán)境代價重大，因為不但在線程管理里涉及增加代碼的復(fù)雜性，而且保存每 線程堆棧需要額外的儲存器，還有執(zhí)行任務(wù)切換的時間開銷也攤派在這里。微型系統(tǒng)不會 有足夠的資源去實現(xiàn)一個多線程環(huán)境，因此需要這個環(huán)境的應(yīng)用接口不適合uIP。uIP使用 一個基于編程模塊的事件，模塊是實現(xiàn)應(yīng)用程序作為一個C函數(shù)被uIP調(diào)用的地方，uIP響 應(yīng)一定的事件。uIP調(diào)用應(yīng)用在，當(dāng)接收數(shù)據(jù)時，當(dāng)數(shù)據(jù)成功送達另一方中止連接時，當(dāng)一個 新的連接建立時，或者當(dāng)數(shù)據(jù)需要重發(fā)時。應(yīng)用程序也周期性地循環(huán)等待新數(shù)據(jù)。應(yīng)用程 序的調(diào)用是由于事件來引起的。本實用新型將寫的應(yīng)用程序定義成宏函數(shù)，當(dāng)有事件發(fā)生 時調(diào)用宏函數(shù)。以此在應(yīng)用程序中完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。本實用新型的有益效果是實現(xiàn)了單片機微處理器的遠程通訊功能，可以采用此 方案設(shè)計出成本比較低，而又可以實現(xiàn)遠程通訊功能的控制器，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，簡單。


圖1是ENC28 J60控制器連接電路； 圖2是ENC28J60控制器外部連接電路；圖3是UlP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包處理過程流程圖；圖4是該實用新型總體框圖；其中，1.單片機，2.以太網(wǎng)控制器，3. RJ45接頭，4.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。本實用新型總體的連接如圖4所示。需要進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C1與以太網(wǎng)控 制器2相連接，具體連接電路如圖1所示。以太網(wǎng)控制器2又通過RJ45接頭3與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 4相連接，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線發(fā)送出去。以太網(wǎng)控制器2的工作頻率為25MHz，它內(nèi)部有一個 振蕩器啟動時鐘，上電7500個時鐘周期(300us)后，仍可通過SPI總線對所有的以太網(wǎng)寄 存器和緩沖器進行讀寫操作。然而在這期間不應(yīng)試圖使用軟件發(fā)送任何數(shù)據(jù)包。啟動時鐘 超時后應(yīng)用軟件查詢CLKRDY位來確定器件的正常工作。要實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，ENC28J60需要 幾個標(biāo)準(zhǔn)的外部器件。如圖2所示，在差分接收引腳上，需要一個專用于10BASE-T操作的1 1脈沖變壓器。在差分發(fā)送引腳上，需要外接一個帶有中心抽頭的1:1脈沖變壓器。變 壓器應(yīng)具有2KV以上的電壓隔離性能以防止靜電干擾。ENC28J60是一個工作電壓為3. 3V 的器件，它被設(shè)計為易于集成到單片機電路系統(tǒng)中。主控制器運行在非3. 3V的電壓下時， 當(dāng)SPI和中斷輸入由ENC28J60上的3. 3V CMOS輸出驅(qū)動時，需要一個單向電平轉(zhuǎn)換芯片， 本實用新型采用74ACT125作為電平轉(zhuǎn)換芯片。 為了節(jié)約RAM，UlP內(nèi)存的管理方式?jīng)]有采用動態(tài)的分配內(nèi)存，而是使用了一個全 局的數(shù)組uip_buf[]。數(shù)組的長度可以包含一個最大的數(shù)據(jù)包，當(dāng)在接到數(shù)據(jù)包時，系統(tǒng)通 過底層的驅(qū)動將數(shù)據(jù)寫到Uip_buf[]中，數(shù)據(jù)包的長度為uip_len，也是全局變量，它們共 同管理一個數(shù)據(jù)包。為了節(jié)省RAM，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)使用同一個uip_buf[]。只有在 UipJen等于0的時候才可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的重發(fā)與發(fā)送新的數(shù)據(jù)沒有根本上的 區(qū)別，都是應(yīng)用程序根據(jù)UlP協(xié)議棧的接口數(shù)據(jù)包狀態(tài)UIP_REXMIT和UIP_ACKDATA來發(fā)送 的。如果狀態(tài)是UIP_REXMIT，則應(yīng)用程序發(fā)送剛才的數(shù)據(jù)；如果狀態(tài)是是UIP_ACKDATA，則 應(yīng)用程序根據(jù)具體情況可發(fā)送新的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收發(fā)過程如圖3所示，首先判斷以太網(wǎng)控制 器ENC28J60的接收緩沖器內(nèi)是否有數(shù)據(jù)包，如果沒有則重新掃描。如果有則判斷數(shù)據(jù)包的 類型是IP數(shù)據(jù)報還是ARP數(shù)據(jù)報，①如果是IP數(shù)據(jù)報，則首先更新ARP的高速緩存表，然后 調(diào)UlP協(xié)議棧函數(shù)uipjnputO處理數(shù)據(jù)包。如果有數(shù)據(jù)包輸出，首先調(diào)用函數(shù)uip_arp_ out ()，來查詢發(fā)送目的地的物理地址，如果沒有則利用以太網(wǎng)驅(qū)動函數(shù)MACWrite ()函數(shù) 發(fā)送ARP數(shù)據(jù)報，如果有則發(fā)送IP數(shù)據(jù)報；②如果數(shù)據(jù)包是ARP數(shù)據(jù)報，則調(diào)用函數(shù)uip_ arp_arpin ()，如果ARP數(shù)據(jù)報是回答，則更新ARP高速緩存表，然后利用MACWrite ()函數(shù) 發(fā)送數(shù)據(jù)報確認；如果數(shù)據(jù)報是請求，則利用MACWriteO函數(shù)發(fā)送ARP回答數(shù)據(jù)報。uIP協(xié) 議棧通過事件函數(shù)去調(diào)用應(yīng)用程序，應(yīng)用程序根據(jù)不同的事件函數(shù)做出相應(yīng)的響應(yīng)。
權(quán)利要求一種單片機的遠程通訊裝置，其特征是，它包括帶SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60，單片機與太網(wǎng)控制器連接，以太網(wǎng)控制器與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接；在以太網(wǎng)控制器的差分接收引腳上，設(shè)有一個脈沖變壓器I；在差分發(fā)送引腳上，外接一個脈沖變壓器II。
2.如權(quán)利要求1所述的單片機的遠程通訊裝置，其特征是，所述脈沖變壓器I為 10BASE-T操作的1 :1脈沖變壓器。
3.如權(quán)利要求1所述的單片機的遠程通訊裝置，其特征是，所述脈沖變壓器II為一個 帶有中心抽頭的1:1脈沖變壓器。
4.如權(quán)利要求1所述的單片機的遠程通訊裝置，其特征是，所述以太網(wǎng)控制器的主控 制器運行在非3. 3V的電壓下時，當(dāng)SPI和中斷輸入由ENC28J60上的3. 3V CMOS輸出驅(qū)動 時，主控制器則需要與單向電平轉(zhuǎn)換芯片連接。
5.如權(quán)利要求4所述的單片機的遠程通訊裝置，其特征是，所述單向電平轉(zhuǎn)換芯片采 用74ACT125型電平轉(zhuǎn)換芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種單片機的遠程通訊裝置。它在控制器的成本不高的前提下，實現(xiàn)控制器的遠程通訊功能，甚至可以將單片機數(shù)據(jù)連接到因特網(wǎng)上，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源進行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸數(shù)據(jù)量不是很大的控制系統(tǒng)中，完全可以滿足實時控制的要求，大大的降低了控制系統(tǒng)的成本，其結(jié)構(gòu)為它包括帶SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60，單片機與太網(wǎng)控制器連接，以太網(wǎng)控制器與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接；在以太網(wǎng)控制器的差分接收引腳上，設(shè)有一個脈沖變壓器I；在差分發(fā)送引腳上，外接一個脈沖變壓器II。
文檔編號G05B19/042GK201689306SQ201020190199
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者劉海法, 王海相, 白麗, 陳曉軍, 馬思樂 申請人:山東大學(xué)