基于单片机的以太网嵌入式控制器设计

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) M+ E4 o2 `9 \0 f摘要:本文设计了基于SX52BD网络单片机的嵌入式控制器的硬件结构和相关软件,设计了嵌入式控制器各功能模块和相
关接口电路(网络通信接口电路和控制设备接口电路),本文设计的以太网嵌入式控制器是以SX52BD为核的新型“嵌入式
! B4 E' J7 g; k1 U7 EWebServer" ,除了编写传统的控制、通信软件外,在基于以太网数据传输基础上将传统Web功能融入控制器,给出相关的协
议栈软件设计、Java Applet 客户端的应用设计。以太网应用于工业控制系统是可行的。
关键字:以太网;控制器;单片机;Web
1引言
$ q" b1 r5 Q5 U网络控制系统又称为控制网络,基于网络的控制系统经过
3 P; {  [$ S- h, [& W近30年的发展，从原来基于模拟信号传输的控制系统DCS,发
4 M9 A/ s8 k& C& ~5 c4 D6 P& X" o展到数字化、智能化、全分散的现场总线系统,给T.业自动化带
来一场深层次的革命。随着Intranet/Intermet信息技术的飞速发
, q) e% s* F8 j展,现场总线新技术及应用成了科研人员关注的研究热点,研究
解决从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提
" K7 d5 j7 Q" |- q- Y7 F供全面开放的基本构架。本文对以太网分布式控制系统的重要
接入设备:嵌入式控制器做了详细设计。
% v# ]" y$ G* Y2硬件设计
2 ]" G1 `7 h9 @' X& X. Q整个控制器的硬件构成如图1所示。
2 y  }  }6 W6 B4 y图1控制器硬件组成示意图
整块电路板由5V直流供电，它集成了速度达50MHz的
SX52BD微处理器、24C256EEPROM芯片、RJ- 45以太网接口,
& {1 {; e% U4 M$ Q- e+ _- h- bRS -232接口、RS- 485接口、网页内容下载DEBUG接口、以太
网控制芯片采用RealTek公司的RTL8019AS,该芯片是- -款全
  v5 t  A1 G% _! L0 ^. e双工以太网控制器，可以工作在Ethernet II和IEE802,3,
! j9 M0 k+ E1 I) I: Z! il0Base5, l0Base2, l0BaseT下,并与NE2000兼容。E2PROM主要
4 p- S( j. H/ t4 F( `3 ~
用来存WEB页面、图像文件、PDF文档等内容,因此没有特殊要
求,可自由选择,- -般32 KB左右即可,我们采用24C256芯片。
7 y4 E5 A. X0 |$ GSX52为核心芯片,通过它控制以太网控制芯片RTL8019AS,进
- s2 Z! z, i" }! o而完成接人网络的工作;而且可以通过编程来选择通信电路类
型,如RS232, RS485, MODEM等。该控制器设计最大的特点在
于:用简洁硬件构架应用平台,使原本硬件成本所需的支出可用
% i8 R( q5 j/ m7 b/ J7 ]6 u% a* ]于相对复杂的软件开发上，且该方案的I/O接口可以自由扩展
8 d8 @. N6 c& a* W7 A和支配。应用程序放在Flash RAM或EEPROM里,其它要经常
9 J' _. s2 N) r" N0 r修改的参数和实时数据放在SRAM里。I/O 采集的接口硬件电
路和总线相连。
3 D7 C" }3 s" f2.1微处理器选型
SX52BD是SX系列产品,是采用CMOS工艺制造的、可配
置的控制器。它的操作频率可达到50/76/100MHz,是一种高速
" Y* q/ @2 t  T8 k计算机;其大部分指令为单周期指令,运行速度可达到一般mcu
8 g5 [) l3 D8 H5 O的20倍;灵活的I/0特性使之具有高效的实时控制功能,正因为
; g7 t1 ~4 P+ I4 B- J它的高速运行特性,设备可以用软件模块(虚拟外设)替代-部分
过去由硬件实现的实时功能,这是SX系列的最重要的特点。下
% {  n3 E- p; O8 t: A面是SX52BD的主要性能和特点:
" ~( M' v' r# k4 v6 G9 s①CPU性能。基于RISC结构,采用压缩的指令系统,除
branch外大部分为单周期指令;操作频率最高可达100MHz,此
时指令周期为lOns,内部中断响应时间达30ns;可以通过运行时
$ V$ R4 w4 O9 W+ Q1 k间内读代码(IREAD 指令)进行快速平台查找;它能克服一般
" a" Q2 J! `7 KMCU运行速度慢的缺点,使得SX系列的内部程序达到硬件实
时控制功能的目的。
②硬件外设特性。内部包含2个(带8位预定标器的)16位
: V7 ]+ T2 S5 Q  `定时器,运行方式有软件时钟模式、PWM模式,同步PWMI捕捉
* c: j. S. \! @: i$ K7 Q+ q; B/ c模式以及外部事件模式:有一一个(带8位预定标器的可编程的8
3 r) a  }. |1 z% @- P# m位定时/计数器(RTCC)和看门狗计时器(共享RTCC预定标器);
8 h/ `" \8 S" W$ y内部包含模拟比较器，这对于一般的应用来说显得十分方便。
③由于SX系列高速运行特性,再加上灵活的I0功能,设
/ C/ Q2 U& V4 M  {3 [
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SX52BD是SX系列产品,是采用CMOS工艺制造的、可配置的控制器