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ENC28J60是Microchip Technology(美國微芯科技公司)近期推出的28引腳獨立以太網(wǎng)控制器。 在此之前，嵌入式系統開(kāi)發(fā)可選的獨市以太網(wǎng)控制器都是為個(gè)人計算機系統設計的，如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C11l等。這些器件不僅結構復雜，體積龐大，且比較昂貴，目前市場(chǎng)上大部分以太網(wǎng)控制器的封裝均超過(guò)80引腳，而符合IEEE 802．3協(xié)議的ENC28J60只有28引腳，既能提供相應的功能，又可以大大簡(jiǎn)化相關(guān)設計，減小空間。 1 結構和功能 采用業(yè)界標準串行外設接口(SPI)的以太網(wǎng)控制器ENC28J60具有以下主要特征： ◆符合IEEE 802．3協(xié)議。內置lOMbps以太網(wǎng)物理層器件(PHY)及媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)，可按業(yè)界標準的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數據。 ◆具有可編程過(guò)濾功能。特殊的過(guò)濾器，包括Microchip的可編程模式匹配過(guò)濾器，可自動(dòng)評價(jià)、接收或拒收Magic Packet，單播(Unicast)、多播(Multicast)或廣播(Broadcast)信息包，以減輕主控單片機的處理負荷。 ◆lOMbps SPI接口。業(yè)界標準的串行通信端口，使得低至18引腳的8位單片機也具有網(wǎng)絡(luò )連接功能。 ◆可編程8KB雙端口SRAM緩沖器。以高效的方式進(jìn)行信息包的存儲、檢索和修改，以減輕主控單片機的內存負荷。該緩沖存儲器提供了靈活可靠的數據管理機制。 2 硬件設計 ENC28J60的硬件設計需要注意復位電路，時(shí)鐘振蕩器，振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器，時(shí)鐘輸出引腳，變壓器、終端和其他外部器件，輸入／輸出電平等幾個(gè)方面。(圖l可供參考)2.1 復位電路ENC28J60有上電復位(Power-on Reset)功能，RESET引腳上的低電平使ENC28J60進(jìn)入復位模式；RKSlET引腳內部有弱上拉電阻。ENC28J60的硬件連接如圖l所示。 2．2 時(shí)鐘振蕩器 ENC28J60需要一個(gè)25MHz的晶振，接在OSCl和OSC2腳上；也可由外部時(shí)鐘信號來(lái)驅動(dòng)。此時(shí)3．3V的外部時(shí)鐘接在OSCl腳上，OSC2斷開(kāi)或者通過(guò)一個(gè)電阻接地來(lái)降低系統噪聲。 2.3 振蕩器啟動(dòng)定時(shí)器 ENC28J60內部有一個(gè)振蕩器啟動(dòng)時(shí)鐘OST(Oscillator Start-upTimer)，上電7500個(gè)時(shí)鐘周期(300μs)。OST期滿(mǎn)后內部的PHY方能正常工作。這時(shí)不能發(fā)送或者接收報文。上位機可通過(guò)檢測ENC28J60內部ESTAT寄存器中的CLKRDY位的狀態(tài)來(lái)決定是否可設置發(fā)送或接收報文。 需要注意的是，當ENC28J60上電復位或者從Power-Down模式下喚醒時(shí)，必須檢測ESTAT寄存器中的CLKRDY是否置位。只有CLKRDY置位后才能發(fā)送、接收報文，訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)寄存器。 2.4 時(shí)鐘輸出引腳 CLKOUT引腳可為系統巾的其他設備提供時(shí)鐘源。上電后CLKOUT引腳保持低電平，復位結束后OST計數。OST期滿(mǎn)后，CLKOUT輸出頻率為6．25MHz的時(shí)鐘。 時(shí)鐘輸出功能通過(guò)ECOCON寄存器禁止、調整和使能。時(shí)鐘輸出可設置為1、2、3、4、8分頻，上電后默認為4分頻。ECOCON寄存器配置改變以后，CLKOUT引腳有80～320ns的延遲(保持低電平)，然后按照設定輸出固定頻率的時(shí)鐘信號。 軟什或者RESET引腳上的復位信號不會(huì )影響ECOCON寄存器的狀態(tài)。Power-Down模式也不會(huì )影響時(shí)鐘的輸出。當禁止時(shí)鐘輸出時(shí)，CLKOUT引腳保持低電平。 2．5 變壓器、終端和其他外部器件 為了實(shí)現以太網(wǎng)接口ENC28J60，需要幾個(gè)標準的外部器件：脈沖變壓器、偏置電阻、儲能電容和去耦電容。 差分輸入引腳(TPIN+／TPTN-)，需要一個(gè)1：1變比的脈沖變壓器來(lái)實(shí)現10BASE-T。差分輸出引腳(TPOUT+／TP0UT-)，需要一個(gè)變比為1：1、帶中心抽頭的脈沖變壓器。變壓器需要有2kV或更高的隔離能力，防靜電。對變壓器的詳細要求請參考芯片手冊第16章“電氣特性”。每個(gè)部分都需要通過(guò)2個(gè)50Ω、精度為1％的電阻和1個(gè)0．01μF的電容串聯(lián)后接地。 筆者采用的是中山漢仁公司的集成以太網(wǎng)隔離變壓器RJ45插座HR901170A。 ENC28J60內部的模擬電路需要在RBIAS引腳和地之間跨接1個(gè)2kΩ、l％的偏置電阻。部分數字電路工作在2．5V，以降低功耗；ENC28J60內部集成1個(gè)2．5V的調節器來(lái)產(chǎn)生所需的電壓，需在VCAP引腳和地之間接1個(gè)10μF的電容保證供電的穩定性(該2．5V調節器不是為外部負載設汁的)。 所有的供電引腳(VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX)必須接在外部的同一個(gè)3．3V電源上；同理，所有的地(VSS、VSSOSC、VSSPLL、VSSTX)必須接在同一個(gè)外部地上。每個(gè)供電引腳和地之問(wèn)應當接1個(gè)O．1μF的陶瓷電容去耦(電容要盡可能接近供電引腳)。 驅動(dòng)雙絞線(xiàn)接口需要較大的電流，所以電源線(xiàn)應盡可能寬，與引腳的連接盡可能短，以降低電源線(xiàn)內阻的消耗。 2.6 輸入輸出電平 ENC28J60是一個(gè)3．3 V的CMOs器件，但它設計得非常容易統一到5 V系統中去：SPI、CS、SCK，SI輸入和RESET引腳一樣，都可承受5V電壓。當SPI和中斷輸入與3．3V驅動(dòng)的CM0S輸出不兼容時(shí)，可能需要一個(gè)單向的電平轉換器。74HCT08(四與門(mén))，74ACTl25(四三態(tài)緩沖器)和許多具有TTL電平輸入的5VCMOS緩沖器芯片都可以提供所需的電平轉換。 2.7 LED配置 LEDA和LEDB引腳在復位時(shí)支持極性自動(dòng)檢測。既可直接驅動(dòng)LED，又可灌電流驅動(dòng)。復位時(shí)ENC28J60檢測LED的連接，并按照PHLCON寄存器的默認設置來(lái)驅動(dòng)。運行過(guò)程中的LED極性轉換直到下一次系統復位后才能被榆測到。LEDB的連接比較特殊，在復位過(guò)程中檢測它的連接，決定如何初始化PHCONl寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驅動(dòng)LED，則PHCON1.PDPXMD位被清零，PHY工作在半雙工模式；如果LEDB吸收反向電流點(diǎn)亮LED，則PHCON1．PDPXMD被置位，PHY工作在全雙工模式；如果LEDB沒(méi)有連接，則PHCONl．PDPXME)復位后的值不確定。這時(shí)主控制器必須適當設置該位，以使PHY工作在所需的狀態(tài)(半雙工或全雙工)。 3 軟件接口 3．1 SPI接口 SPI接口(Serial Penpheral Interface)是一種同步、全雙工串行接口，基于主從配置，是一個(gè)4線(xiàn)接口 ——主出／從人(MOSI)．主人／從出(MISO)，串行時(shí)鐘(SCK)，從機選擇(SSEL)。 在同一總線(xiàn)上可以有多個(gè)主機或者從機，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)主機和一個(gè)從機能夠進(jìn)行通信。在一次數據傳輸過(guò)程中，數據是同步進(jìn)行發(fā)送和接收的：主機向從機發(fā)送1字節數據，從機也向主機返1字節數據。數據傳輸原則上是全雙工的；但實(shí)際上，大多數情況下只有一個(gè)方向上的數據流包含有意義的數據。 SPI格式的主要特性是SCK信號的無(wú)效狀態(tài)和相位，數據傳輸的時(shí)鐘由主機提供。常用的時(shí)鐘設置基于時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位(CPHA)兩個(gè)參數，CP0L定義SPI串行時(shí)鐘的活動(dòng)狀態(tài)，而CPHA定義相對于從機輸出數據位的時(shí)鐘相位。CPOL和CPHA的設置決定了數據取樣的時(shí)鐘沿。 取決于CPOL和CPHA的設置不同，SPI共有4種模式，如表1所列。 3．2 ENC28J60與單片機的連接 ENC28J60與微控制器MCU的連接是通過(guò)SPI實(shí)現的，支持10 Mbps。對干沒(méi)有SPI接口的芯片可通過(guò)用I／0口模擬SPI接口的方式實(shí)現。ENC28J60僅支持SPI模式O，O。 微控制器可通過(guò)SPI接口發(fā)送命令，訪(fǎng)問(wèn)ENC28J60的寄存器或讀寫(xiě)接收／發(fā)送緩沖區，完成相關(guān)操作。復位也可通過(guò)SPI接口由軟件實(shí)現，軟件復位不影響RESET引腳的狀態(tài)。 ENC28J60有兩個(gè)中斷輸出，分別用于事件中斷觸發(fā)和網(wǎng)絡(luò )喚醒主機。 CPU采用LPC2138用宏定義實(shí)現SPI口讀寫(xiě)操作。SOSPDR為SPI數據寄存器，該雙向寄存器為SPI提供發(fā)送和接收的數據，發(fā)送數據通過(guò)寫(xiě)該寄存器提供，SPI接收的數據可從該寄存器讀出。SOSPSR為SPI狀態(tài)寄存器。在對SPI接口進(jìn)行操作之前需對其初始化。下面給出讀／寫(xiě)SPI接口的源代碼。 亦可用LPC2138的SSP來(lái)連接ENC28J60，需將其設置為SPI模式。應當注意到SSP有8幀的收/發(fā)FIFO，如果處理不當將造成讀/寫(xiě)錯誤。因為緩沖區的存在可能破壞讀/寫(xiě)ENC28J60的時(shí)序。 對于沒(méi)有SPI接口的單片機可采用普通I/O口模擬的方法實(shí)現SPI主機。此時(shí)須注意靜態(tài)時(shí)時(shí)鐘的無(wú)效狀態(tài)和相位，以及輸出數據位出現的時(shí)間；對ENC28J60操作期間片選必須保持有效(低電平)，操作結束后返回低電平。根據ENC28J60的讀/寫(xiě)波形很容易寫(xiě)出模擬SPI主機的程序。筆者曾在A(yíng)T89S5l上實(shí)現了模擬SPI主機讀／寫(xiě)MCP2515的操作。 4 結論 筆者在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平臺上實(shí)現了以太網(wǎng)通信。相對于其他方案，該系統極為精簡(jiǎn)。對于沒(méi)有開(kāi)放總線(xiàn)的單片機，雖然有可能采用模擬并行總線(xiàn)的方式連接其他以太網(wǎng)控制器，但不管從效率還是性能上，都不如用SPI接口或采用通用I／O口模擬SPI接口連接ENC28J160的方案。 可以看出，ENC28J60是極具特色的獨立以太網(wǎng)控制器：SPI接口使得小型單片機也能具有網(wǎng)絡(luò )連接功能；集成MAC和PHY無(wú)需其他外設；具有可編程過(guò)濾功能，可自動(dòng)評價(jià)、接收或拒收多種信息包，減輕了主控單片機的處理負荷；內部繼承可編程的8KB雙端口SRAM緩沖器，操作靈活方便。不足之處為僅支持10BASE-T。 |
