基于51單片機的網口串口轉換模塊設計

時磊+楊帆

摘要：隨著人民生活水平的不斷提高和科學技術的不斷進步，更加智能化和信息化的電器走進千家萬戶，基于電器網絡化的思想，本文提出了基于51單片機的網口串口轉換模塊，并對模塊的組成進行了介紹，最后在實踐中進行應用，取得了良好的效果，具有一定的推廣前景。

關鍵詞：單片機；RTL8019AS；X5045；以太網

中圖分類號：TP393.05 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0011-03

近年來，互聯網迎來了日新月異的發展，不僅其用戶日趨增多，且其技術的革新也越來越頻繁，從復雜的儀器儀表到生活中常見的小型電器，都通過各種手段搭上了互聯網的便車，以此來共享網絡中豐富的信息資源。但因網絡設備生產廠家至今沒有形成統一的生產標準，而大部分電子設備都配有RS-232串口，因此互聯互通可通過串口轉換來實現，本文設計了一種基于51單片機的網口串口轉換方法，實現網絡互聯。

1 模塊組成

網口串口轉換模塊由單片機最小系統、單片機管理模塊、單片機與串口接口模塊和單片機與網口接口模塊構成，如圖1所示。

單片機最小系統由單片機、振蕩器電路、復位電路和電源組成。它是單片機系統工作所必須的基礎部件，可以使用市面上常用的51系列單片機，振蕩器電路、復位電路和電源都可以選用最常用的設計方案，在單片機最小系統的基礎上，通過增加其它功能模塊，來達到擴展功能的目的。

單片機管理模塊是轉換模塊的管理與控制中心，以X5045芯片作為單片機管理模塊的核心，它不僅為單片機提供復位信號，還用來存儲以太網的IP地址、MAC地址和子網掩碼等數據，可以通過單片機控制X5045芯片進行讀或寫操作，與單片機接口電路如圖2所示[1]。

2 單片機與網絡接口模塊設計

利用廉價的51單片機控制以太網控制芯片RTL8019AS來實現以太網功能，使得用戶可以通過網絡來達到共享信息資源的目的。

2.1 以太網協議簡介

按其功能共分為七段，以太網的信息格式如表1所示[2]。

其中，數據段（DATA）為承載數據信息，分配較長的46～4500byte，其他段分配固定的字節來實現對應的功能。在以太網傳輸中，單個傳輸數據包的長度必須在60byte到1514byte之間（其中14byte為目的地址、源地址、類型），當傳輸的數據不足60byte時，需要填充字符；超過1514byte時，需拆分成多個數據包來傳輸。同步位、分隔位以及幀校驗序列字段在傳輸時均由以太網控制器自動填充，在接收端，通過控制器檢測同步位和分隔位來實現接收數據。

2.2 RTL8019AS以太網控制器簡介

RTL8019AS是一款產于臺灣、價格低廉、性能優良、使用廣泛的以太網控制器。其主要特點及性能有[3]：

（1）符合EthernetII與IEEE802.3標準（10Base5、10Base2、10BaseT）；（2）全雙工模式，速率10Mbps（收發兩端同時）；（3）配置了專用于緩沖收發的數據的SRAM（16KB），大大降低了主處理器的工作負荷，能夠實現單片機與以太網通信的功能。

2.3 以太網接口電路設計

編寫程序利用51單片機控制RTL8019AS，實現其以太網功能，使其可與RJ-45接口互聯互通。主要器件有：RTL8019AS、74HC573（8位鎖存）、62256（32K字節的RAM）、LPF濾波器，如圖3所示[4]。

單片機實現以太網功能，首先在程序初始化時，對單片機管理模塊X5045進行配置，設定以太網的IP地址、MAC地址和子網掩碼，這些數據可以通過串口與計算機連接，用軟件進行更改。在RTL8019AS初始化時，寄存器CONFIG1的值設置為00H，其用于選擇I/O基地址的低4位IOS3～0為0，RTL8019AS地址位為：00300H～0031FH，共20位，其I/O基地址為300H。利用ADDR15、I/OW、I/OR可將RTL8019AS和62256的地址空間劃分開，ADDR15接62256的CE腳，低電平時選擇62256；高電平時選擇RTL8019AS的地址空間[5]。地址總線的連接方式如圖3所示，在程序中分配8000H～801FH作為RTL8019AS的地址空間，51單片機的地址為16位。

其網絡接口的電路連接方式如：在RTL8019AS中的10BASE-T收發器的基礎上，外接一個隔離LPF濾波器，TPIN±為接收線，TPOUT±為發送線，對應RJ-45接口的RX±、TX±端。時鐘電路通過T1、T2接一個20MHZ晶振以及2個電容，實現全雙工方式。LED0、LED1為通訊顯示接口，利用發光二極管來實時反映數據傳輸結果：LED0表示通訊故障：LED1表信息傳輸正常。

3 單片機與串口接口模塊設計

RS-232C串口現已內置在大多網絡設備中，比如計算機就采用了標準的RS-232C串口，但是51單片機的輸入、輸出電平為TTL電平，要實現兩者的互聯互通，需要進行相應的電平轉換。根據需求，現設計基于MAX232電平轉換芯片的轉換模塊，從MAX232芯片中兩路發送接收中任選一路作為接口，若T1IN接單片機的發送端TXD，則計算機的接收端RXD一定要對應接T1OUT引腳，同時，R1OUT接單片機的RXD引腳，計算機的RS-232C的發送端TXD對應接R1IN引腳[6]。其接口電路如圖4所示。

4 結語

此網口串口轉換模塊已在實踐中得到應用，收到了良好的效果，該模塊不僅可以實現以太網的基本協議，包括ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等數據通信協議，而且只要稍做改造，便可以與RS-422、RS-485等串口進行網口轉換，顯示出了功能強大，易于擴展，應用范圍廣的特點，具有一定的推廣前景。

參考文獻

[1]何立民.MCS—51 單片機應用設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.

[2]赫爾德·吉爾伯特.以太網（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]REALTEK半導體公司.RTL8019AS用戶手冊[Z].2000.

[4]溫陽東，何瑄，鄧箐.基于RTL8019AS 的以太網接口單元研究[J].儀器儀表用戶，2006，（3）：84-85.

[5]李章林，張立民.TCP/IP 在51 單片機上的實現特點和方法[J].南開大學學報，2003，（8）：77-79.

[6]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.endprint