新型以太網(wǎng)控制器ENC28J60及其接口技術(shù)

所有的供電引腳(VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX)必須接在外部的同一個(gè)3.3 V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)供電引腳和地之間應(yīng)當(dāng)接1個(gè)0.1 μF的陶瓷電容去耦（電容要盡可能接近供電引腳）。

驅(qū)動(dòng)雙絞線接口需要較大的電流，所以電源線應(yīng)盡可能寬，與引腳的連接盡可能短，以降低電源線內(nèi)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(shè)計(jì)得非常容易統(tǒng)一到5 V系統(tǒng)中去：SPI、CS、 SCK、SI輸入和RESET引腳一樣，都可承受5 V電壓。當(dāng)SPI和中斷輸入與3.3 V驅(qū)動(dòng)的CMOS輸出不兼容時(shí)，可能需要一個(gè)單向的電平轉(zhuǎn)換器。74HCT08 (四與門), 74ACT125(四三態(tài)緩沖器)和許多具有TTL電平輸入的5 V CMOS緩沖器芯片都可以提供所需的電平轉(zhuǎn)換。

2.7  LED配置

LEDA和LEDB引腳在復(fù)位時(shí)支持極性自動(dòng)檢測(cè)。既可直接驅(qū)動(dòng)LED，又可灌電流驅(qū)動(dòng)。復(fù)位時(shí)ENC28J60檢測(cè)LED的連接，并按照 PHLCON寄存器的默認(rèn)設(shè)置來驅(qū)動(dòng)。運(yùn)行過程中的LED極性轉(zhuǎn)換直到下一次系統(tǒng)復(fù)位后才能被檢測(cè)到。LEDB的連接比較特殊，在復(fù)位過程中檢測(cè)它的連接，決定如何初始化PHCON1寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驅(qū)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沒有連接，則 PHCON1.PDPXMD復(fù)位后的值不確定。這時(shí)主控制器必須適當(dāng)設(shè)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 Peripheral Interface )是一種同步、全雙工串行接口，基于主從配置，是一個(gè)4線接口——主出/從入(MOSI)，主入/從出(MISO)，串行時(shí)鐘(SCK)，從機(jī)選擇(SSEL)。

在同一總線上可以有多個(gè)主機(jī)或者從機(jī)，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)能夠進(jìn)行通信。在一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)是同步進(jìn)行發(fā)送和接收的：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)，從機(jī)也向主機(jī)返1字節(jié)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸原則上是全雙工的；但實(shí)際上，大多數(shù)情況下只有一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)流包含有意義的數(shù)據(jù)。

SPI格式的主要特性是SCK信號(hào)的無效狀態(tài)和相位，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘由主機(jī)提供。常用的時(shí)鐘設(shè)置基于時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位 (CPHA)兩個(gè)參數(shù)，CPOL定義SPI串行時(shí)鐘的活動(dòng)狀態(tài)，而CPHA定義相對(duì)于從機(jī)輸出數(shù)據(jù)位的時(shí)鐘相位。CPOL和CPHA的設(shè)置決定了數(shù)據(jù)取樣的時(shí)鐘沿。
取決于CPOL和CPHA的設(shè)置不同，SPI共有4種模式，如表1所列。

        表1  SPI的4種模式

      

3.2  ENC28J60與單片機(jī)的連接

ENC28J60與微控制器MCU的連接是通過SPI實(shí)現(xiàn)的，支持10 Mbps。對(duì)于沒有SPI接口的芯片可通過用I/O口模擬SPI接口的方式實(shí)現(xiàn)。ENC28J60僅支持SPI模式0,0。

微控制器可通過SPI接口發(fā)送命令，訪問ENC28J60的寄存器或讀寫接收/發(fā)送緩沖區(qū)，完成相關(guān)操作。復(fù)位也可通過SPI接口由軟件實(shí)現(xiàn)，軟件復(fù)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(jī)。

CPU采用LPC2138用宏定義實(shí)現(xiàn)SPI口讀寫操作。SOSPDR為SPI數(shù)據(jù)寄存器，該雙向寄存器為 SPI提供發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)通過寫該寄存器提供，SPI接收的數(shù)據(jù)可從該寄存器讀出。SOSPSR為SPI狀態(tài)寄存器。在對(duì)SPI接口進(jìn)行操作之前需對(duì)其初始化。下面給出讀/寫SPI接口的源代碼。

#define READSPI( Val )
{
　　S0SPDR = 0x00;
　　while( 0 == (S0SPSR & 0x80));
　　Val = S0SPDR;
}
#define WRITESPI( Val )
{
　　if ( 0 == (S0SPSR & 0x40) ) {
　　　　S0SPDR = Val;
　　　　while( 0 == (S0SPSR & 0x80) );
　　}
}

亦可用LPC2138的SSP來連接ENC28J60，需將其設(shè)置為SPI模式。應(yīng)當(dāng)注意到SSP有8幀的收/發(fā) FIFO，如果處理不當(dāng)將造成讀/寫錯(cuò)誤。因?yàn)榫彌_區(qū)的存在可能破壞讀/寫ENC28J60的時(shí)序。

對(duì)于沒有SPI接口的單片機(jī)可采用普通I/O口模擬的方法實(shí)現(xiàn)SPI主機(jī)。此時(shí)須注意靜態(tài)時(shí)時(shí)鐘的無效狀態(tài)和相位，以及輸出數(shù)據(jù)位出現(xiàn)的時(shí)間；對(duì)ENC28J60操作期間片選必須保持有效(低電平)，操作結(jié)束后返回低電平。根據(jù)ENC28J60的讀/寫波形很容易寫出模擬SPI主機(jī)的程序。筆者曾在AT89S51上實(shí)現(xiàn)了模擬SPI主機(jī)讀/寫MCP2515的操作。

4  結(jié)論

筆者在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)通信。相對(duì)于其他方案，該系統(tǒng)極為精簡(jiǎn)。對(duì)于沒有開放總線的單片機(jī)，雖然有可能采用模擬并行總線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 ENC28J60的方案。

可以看出，ENC28J60是極具特色的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器：SPI接口使得小型單片機(jī)也能具有網(wǎng)絡(luò)連接功能；集成MAC和PHY無需其他外設(shè)；具有可編程過濾功能，可自動(dòng)評(píng)價(jià)、接收或拒收多種信息包，減輕了主控單片機(jī)的處理負(fù)荷；內(nèi)部繼承可編程的8 KB雙端口SRAM緩沖器，操作靈活方便。不足之處為僅支持10BASET。

參考文獻(xiàn)

［1］  Microchip Technology Inc. ENC28J60 StandAlone  Ethernet Controller with SPI Interface. http://www.microchip.com/.
［2］  Philips Semiconductors. LPC213x User Manual. http://www.philipsmcu.com/.
［3］  周立功,張華,等. 深入淺出ARM7——LPC213x/LPC214x(上冊(cè)). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.