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當接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）。

驅動(dòng)雙絞線(xiàn)接口需要較大的電流，所以電源線(xiàn)應盡可能寬，與引腳的連接盡可能短，以降低電源線(xiàn)內阻的消耗。

2.6  輸入輸出電平

ENC28J60是一個(gè)3.3 V的CMOS器件，但它設計得非常容易統一到5 V系統中去：SPI、CS、 SCK、SI輸入和RESET引腳一樣，都可承受5 V電壓。當SPI和中斷輸入與3.3 V驅動(dòng)的CMOS輸出不兼容時(shí)，可能需要一個(gè)單向的電平轉換器。74HCT08 (四與門(mén)), 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換。

2.7  LED配置

LEDA和LEDB引腳在復位時(shí)支持極性自動(dòng)檢測。既可直接驅動(dòng)LED，又可灌電流驅動(dòng)。復位時(shí)ENC28J60檢測LED的連接，并按照 PHLCON寄存器的默認設置來(lái)驅動(dòng)。運行過(guò)程中的LED極性轉換直到下一次系統復位后才能被檢測到。LEDB的連接比較特殊，在復位過(guò)程中檢測它的連接，決定如何初始化PHCON1寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驅動(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(méi)有連接，則 PHCON1.PDPXMD復位后的值不確定。這時(shí)主控制器必須適當設置該位，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(xiàn)接口——主出/從入(MOSI)，主入/從出(MISO)，串行時(shí)鐘(SCK)，從機選擇(SSEL)。

在同一總線(xiàn)上可以有多個(gè)主機或者從機，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)主機和一個(gè)從機能夠進(jìn)行通信。在一次數據傳輸過(guò)程中，數據是同步進(jìn)行發(fā)送和接收的：主機向從機發(fā)送1字節數據，從機也向主機返1字節數據。數據傳輸原則上是全雙工的；但實(shí)際上，大多數情況下只有一個(gè)方向上的數據流包含有意義的數據。

SPI格式的主要特性是SCK信號的無(wú)效狀態(tài)和相位，數據傳輸的時(shí)鐘由主機提供。常用的時(shí)鐘設置基于時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位 (CPHA)兩個(gè)參數，CPOL定義SPI串行時(shí)鐘的活動(dòng)狀態(tài)，而CPHA定義相對于從機輸出數據位的時(shí)鐘相位。CPOL和CPHA的設置決定了數據取樣的時(shí)鐘沿。
取決于CPOL和CPHA的設置不同，SPI共有4種模式，如表1所列。

        表1  SPI的4種模式

      

3.2  ENC28J60與單片機的連接

ENC28J60與微控制器MCU的連接是通過(guò)SPI實(shí)現的，支持10 Mbps。對于沒(méi)有SPI接口的芯片可通過(guò)用I/O口模擬SPI接口的方式實(shí)現。ENC28J60僅支持SPI模式0,0。

微控制器可通過(guò)SPI接口發(fā)送命令，訪(fǎng)問(wèn)ENC28J60的寄存器或讀寫(xiě)接收/發(fā)送緩沖區，完成相關(guān)操作。復位也可通過(guò)SPI接口由軟件實(shí)現，軟件復位不影響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。

CPU采用LPC2138用宏定義實(shí)現SPI口讀寫(xiě)操作。SOSPDR為SPI數據寄存器，該雙向寄存器為 SPI提供發(fā)送和接收的數據，發(fā)送數據通過(guò)寫(xiě)該寄存器提供，SPI接收的數據可從該寄存器讀出。SOSPSR為SPI狀態(tài)寄存器。在對SPI接口進(jìn)行操作之前需對其初始化。下面給出讀/寫(xiě)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(lái)連接ENC28J60，需將其設置為SPI模式。應當注意到SSP有8幀的收/發(fā) FIFO，如果處理不當將造成讀/寫(xiě)錯誤。因為緩沖區的存在可能破壞讀/寫(xiě)ENC28J60的時(shí)序。

對于沒(méi)有SPI接口的單片機可采用普通I/O口模擬的方法實(shí)現SPI主機。此時(shí)須注意靜態(tài)時(shí)時(shí)鐘的無(wú)效狀態(tài)和相位，以及輸出數據位出現的時(shí)間；對ENC28J60操作期間片選必須保持有效(低電平)，操作結束后返回低電平。根據ENC28J60的讀/寫(xiě)波形很容易寫(xiě)出模擬SPI主機的程序。筆者曾在A(yíng)T89S51上實(shí)現了模擬SPI主機讀/寫(xiě)MCP2515的操作。

4  結論

筆者在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平臺上實(shí)現了以太網(wǎng)通信。相對于其他方案，該系統極為精簡(jiǎn)。對于沒(méi)有開(kāi)放總線(xiàn)的單片機，雖然有可能采用模擬并行總線(xiàn)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是極具特色的獨立以太網(wǎng)控制器：SPI接口使得小型單片機也能具有網(wǎng)絡(luò )連接功能；集成MAC和PHY無(wú)需其他外設；具有可編程過(guò)濾功能，可自動(dòng)評價(jià)、接收或拒收多種信息包，減輕了主控單片機的處理負荷；內部繼承可編程的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

［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). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.