基于KSZ8873的雙網(wǎng)口協(xié)議轉換模塊設計
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摘要：本文基于Micrel公司推出的3端口10/100M交換芯片KSZ8873，充分利用其價(jià)格低廉、配置方便、應用多樣等特點(diǎn)，結合PIC32系列單片機，提出并設計出一種RS485/RS232接口轉雙網(wǎng)口的模塊，并且軟件實(shí)現了將Modbus-RTU協(xié)議與Modbus-TCP、IEC104協(xié)議的轉換。該模塊成功應用于光伏并網(wǎng)逆變器中，雙網(wǎng)口設計在組網(wǎng)時(shí)采用菊花鏈方式，可節省了布線(xiàn)成本50%以上，同時(shí)還具有性能穩定、獨立性強、維護方便等優(yōu)點(diǎn)。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/281884.htm引言
隨著(zhù)工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)設備的智能化和網(wǎng)絡(luò )化成為發(fā)展趨勢，而大量已有設備多采用低速和非智能的RS485總線(xiàn)，人們對工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的信息獲取要求越來(lái)越高，要實(shí)現統一、高效和安全的設備管理，就對總線(xiàn)速度提出來(lái)高需求，設備IP化和網(wǎng)絡(luò )化也是必然趨勢。
針對新建設備網(wǎng)絡(luò )和舊設備網(wǎng)絡(luò )化改造兩方面問(wèn)題，本文提出的雙網(wǎng)口轉換模塊，既可對新設備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化設計，又能對舊設備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化改造。具有低成本、高可靠等優(yōu)點(diǎn)。
1 硬件設計
1.1 模塊原理
如圖1所示，模塊包含兩個(gè)子模塊，交換子模塊和轉換子模塊。
交換子模塊的主要器件為KSZ8873[1]，包含了兩個(gè)對外的RJ45接口(標準網(wǎng)口)和一個(gè)對內的RMII接口，其中對外RJ45網(wǎng)口由KSZ8873的兩組標準差分總線(xiàn)經(jīng)網(wǎng)絡(luò )變壓器轉換生成，RMII接口由KSZ8873的標準RMII總線(xiàn)[2]轉換而來(lái)。交換子模塊有兩個(gè)主要功能，一是實(shí)現兩個(gè)對外網(wǎng)口間的數據交換，該過(guò)程完全由KSZ8873芯片自動(dòng)完成，不需要軟件參與;二是完成兩個(gè)對外網(wǎng)口與對內RMII接口間的數據交換，該過(guò)程需要與轉換子模塊配合進(jìn)行。
轉換子模塊主要器件有PIC32MX695F512H[4]、MAX485和MAX232芯片，對內的RMII接口由PIC32MX695F512H的RMII接口生成，與交換子模塊進(jìn)行數據通信，對外的RS485和RS232接口由PIC32MX695F512H的兩路獨立UART接口經(jīng)MAX485和MAX232芯片轉換而來(lái)，可以與另一個(gè)系統進(jìn)行數據交互。
1.2 雙網(wǎng)口電路
KSZ8873RLLI的電源包括數字電源+3.3V和+1.8V，以及模擬電源+3.3A和+1.8A。使用外部25MHZ有源晶振。復位信號由PIC32單片機控制。芯片工作溫度范圍-40℃~85℃。
KSZ8873的配置方式有軟件和硬件兩種。軟件配置使用SPI或I2C總線(xiàn)進(jìn)行，通過(guò)對KSZ8873內部寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，完成工作模式配置。硬件配置采用芯片上電時(shí)讀取器件管腳電平來(lái)完成，在電路設計時(shí)需要根據工作模式預先對管腳進(jìn)行上下拉操作。
表1給出了網(wǎng)口1、網(wǎng)口2和RMII總線(xiàn)在KSZ8873芯片的管腳分布。網(wǎng)口1和網(wǎng)口2為對外網(wǎng)口。RMII接口與PIC32單片機的RMII接口連接。
1.3 單片機以及外圍電路
單片機PIC32MX695F512H主要使用資源包括UART1、UART2和RMII接口。其中UART1和UART2分別經(jīng)過(guò)MAX232和MAX485芯片轉換成RS232和RS485接口。RMII接口與KSZ8873的RMII接口連接。該部分電路成熟度高，在此不作贅述。
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