基于单片机的以太网嵌入式控制器设计

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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
5 h: M! h- ?! \4 o( iWebServer" ,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
/ M5 W# j  P; y) n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。
' X6 [, u: M: x! E& F0 [; h关键字:以太网;控制器;单片机;Web
6 o3 K, k3 k2 n8 A1 {# {/ T" e& B1引言
网络控制系统又称为控制网络,基于网络的控制系统经过
近30年的发展，从原来基于模拟信号传输的控制系统DCS,发
  O* C& K- Z" H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
4 \+ {- I9 f" i# k2 ]来一场深层次的革命。随着Intranet/Intermet信息技术的飞速发
, Y3 t9 ?3 m* f1 l1 c, D( P8 \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
9 V; u; C/ G! Q; P/ d8 ?* ~; c# D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
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
; f6 i/ f! C3 f, \4 D5 Y  T: {接入设备:嵌入式控制器做了详细设计。
2硬件设计
- {0 h8 ]* Q& `9 X; Z* y/ f整个控制器的硬件构成如图1所示。
图1控制器硬件组成示意图
& G0 `# i% B! f' u0 s9 M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,
RS -232接口、RS- 485接口、网页内容下载DEBUG接口、以太
: I: x2 S! L; ~7 |$ I: j网控制芯片采用RealTek公司的RTL8019AS,该芯片是- -款全
' i# a  S& d6 z* V5 O) `) \双工以太网控制器，可以工作在Ethernet II和IEE802,3,
l0Base5, l0Base2, l0BaseT下,并与NE2000兼容。E2PROM主要
- J; c; f# g" S0 z7 ~/ x5 m2 B; H/ S
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。
. P8 s) e: F( t4 Z, A# p0 wSX52为核心芯片,通过它控制以太网控制芯片RTL8019AS,进
3 @% B& \& j, }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
" h. }5 L& ^1 ?& b型,如RS232, RS485, MODEM等。该控制器设计最大的特点在
9 H% R; V, w  R. I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
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
和支配。应用程序放在Flash RAM或EEPROM里,其它要经常
1 a: r+ L4 f; d( H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。
2.1微处理器选型
SX52BD是SX系列产品,是采用CMOS工艺制造的、可配
2 d5 q2 F7 ]4 \置的控制器。它的操作频率可达到50/76/100MHz,是一种高速
3 V6 z& h- b2 \. j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
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
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
# e: n! r: B* K% q+ j/ Y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
面是SX52BD的主要性能和特点:
①CPU性能。基于RISC结构,采用压缩的指令系统,除
4 K, x# t( x4 _branch外大部分为单周期指令;操作频率最高可达100MHz,此
  f5 T( e1 \4 w时指令周期为lOns,内部中断响应时间达30ns;可以通过运行时
, j+ u; H9 E5 t4 \% N) `3 ^, \间内读代码(IREAD 指令)进行快速平台查找;它能克服一般
% C; {2 u) Z) P3 N  K7 SMCU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
& w& k3 V8 ?$ F  u3 y- O! M定时器,运行方式有软件时钟模式、PWM模式,同步PWMI捕捉
6 U# S* O8 \! p, u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
位定时/计数器(RTCC)和看门狗计时器(共享RTCC预定标器);
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。
( E' C1 X# g& w# g  o0 R+ ^③由于SX系列高速运行特性,再加上灵活的I0功能,设
- V3 {- P5 K) c% x
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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