引言

　　隨著人們生活水平的提高及科學技術的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)無不滲透到日常生活的每個角落，如使用電腦上網(wǎng)、手機上網(wǎng)、網(wǎng)絡電視、遠程登錄等。目前寬帶接入的主要方式有以太網(wǎng)接入、ADSL接入和CableModem接入三種。其中ADSL接入和CableModem接入均可利用豐富的銅線資源。以太網(wǎng)接入技術是具有中國特色的接入技術。由于中國特色的民宅大多數(shù)非常集中，符合以太網(wǎng)的應用特點。而且以太網(wǎng)接入技術的優(yōu)點是技術非常成熟、標準化、平均端口成本低、帶寬高、用戶端設備成本低。

　　硬件設計

　　以太網(wǎng)接入設備硬件電路主要由微處理器（LPC2214）、固件網(wǎng)絡芯片（W5100）、鍵盤顯示電路、AC/DC電源變換電路、串口電平變換電路（MAX232）及以太網(wǎng)變量器等組成，其原理框圖如圖1所示。

　　WIZnet公司的W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡接口芯片，內部集成了全硬件TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。主要應用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中，可實現(xiàn)無操作系統(tǒng)的Internet連接。

　　LPC2214為NXP公司ARM7TDMI-S系列處理器的一種，具有片內16k字節(jié)靜態(tài)RAM和256k字節(jié)片內FLASH。支持片內Boot裝載程序實現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用中編程（IAP），需要的外圍器件較少，非常適合低成本的應用場合。

　　W5100與微處理器之間支持直接總線、間接總線和SPI總線接三種接口方式。

　　直接總線接口

　　直接總線接口采用15位地址線（A0～A14），8位數(shù)據(jù)線（D0～D7），另加片選（CS/），讀（RD/），寫（WR/）及中斷（INT/）等信號線。W5100采用25MHz晶體，LPC2214采用12MHz晶體。

　　LPC2214的串口0經(jīng)接口芯片MAX232電平變換后接入的DB9插座上，用于家用電器直接使用RS-232串口接入。直接總線接口方式的電原理圖如圖2所示。

　　間接總線接口

　　間接總線接口采用2位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS/，RD/，WR/ 及INT/等信號線。ADDR[14:2]地址線經(jīng)過電阻接地。間接總線接口方式電原理圖如圖3所示。

　　SPI 總線接口

　　該模塊針對用戶不同的應用來設計，本質上就是用戶的具體業(yè)務應用，與SPI-4接口沒有直接關系。當應用支持多個端口時，這部分就顯得至關重要。下面以支持兩個端口的應用來說明用戶邏輯的設計技巧。

　　SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設置FLASHRAM、網(wǎng)絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCLK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。

　　SPI串行接口模式只需要4個引腳進行數(shù)據(jù)通信。這4個引腳的定義分別為：SCLK、SS/、MOSI、MISO。W5100的SPI使能信號SEN接高電平，使能SPI操作。LPC2214具有兩個SPI接口，本例采用個SPI口與W5100對接。SPI總線接口方式的電原理圖如圖4所示。

　　鍵盤顯示接口

　　鍵盤顯示接口電路主要包括4×4（組成16個鍵）鍵盤掃描及顯示驅動兩部分。鍵盤由16個高可靠性的微觸開關組成。顯示驅動主要使用LPC2214的1位地址線，8位數(shù)據(jù)線，另加CS1/，RD/，及WR/信號線。處理器完成顯示屏的初始化及操作過程中的實時顯示控制。鍵盤顯示接口電原理圖如圖5所示。

　　軟件設計

　　軟件采用mCOS-II操作系統(tǒng)，采用語言C語言進行編程，軟件主要由人機接口模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等三部分組成。

　　人機接口模塊主要完成4×4鍵盤掃描、按鍵去抖動、顯示驅動等，用戶通過按鍵操作來完成接入設備設置或查詢，并將相應的信息通過顯示屏告知用戶。

　　系統(tǒng)設置模塊主要對接入設備的參數(shù)進行設置，如網(wǎng)關地址寄存器（GAR）、本設備物理地址寄存器（SHAR）子網(wǎng)掩碼寄存器（SUBR）設備IP 地址寄存器（SIPR） 及RS-232串口波特率等參數(shù)，并將設置好的參數(shù)進行保存，下次開機時參數(shù)保持不變。其它有關W5100參數(shù)設置可以參考其數(shù)據(jù)手冊，手冊提供了寄存器的初始化程序，供用戶參考。

　　數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要完成接入設備的以太網(wǎng)接口與和RS-232接口之間的數(shù)據(jù)轉發(fā)，接收以太網(wǎng)接口來的查詢及遙控命令信息，完成對家電等設備的遙控功能。

　　結語

　　本文是基于W5100以太網(wǎng)接入設備集成有TCP/IP等協(xié)議棧，對軟件程序員設計水平要求較低。設備外圍器件較少，硬件成本低廉，適用于低成本的以太網(wǎng)接入應用場合，具有較高的商業(yè)推廣價值。