作者：周曉陽，程紅，張曉媛

NC28J60是Microchip Technology（美國微芯科技公司）近期推出的28引腳獨立以太網(wǎng)控制器。

在此之前，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可選的獨市以太網(wǎng)控制器都是為個人計算機系統(tǒng)設計的，如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C11l等。這些器件不僅結構復雜，體積龐大，且比較昂貴，目前市場上大部分以太網(wǎng)控制器的封裝均超過80引腳，而符合IEEE 802．3協(xié)議的ENC28J60只有28引腳，既能提供相應的功能，又可以大大簡化相關設計，減小空間。

1 結構和功能

采用業(yè)界標準串行外設接口（SPI）的以太網(wǎng)控制器ENC28J60具有以下主要特征：

◆符合IEEE 802．3協(xié)議。內置lOMbps以太網(wǎng)物理層器件（PHY）及媒體訪問控制器（MAC），可按業(yè)界標準的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)。

◆具有可編程過濾功能。特殊的過濾器，包括Microchip的可編程模式匹配過濾器，可自動評價、接收或拒收Magic Packet，單播（Unicast）、多播（Multicast）或廣播（Broadcast）信息包，以減輕主控單片機的處理負荷。

◆lOMbps SPI接口。業(yè)界標準的串行通信端口，使得低至18引腳的8位單片機也具有網(wǎng)絡連接功能。

◆可編程8KB雙端口SRAM緩沖器。以高效的方式進行信息包的存儲、檢索和修改，以減輕主控單片機的內存負荷。該緩沖存儲器提供了靈活可靠的數(shù)據(jù)管理機制。

2 硬件設計

ENC28J60的硬件設計需要注意復位電路，時鐘振蕩器，振蕩器啟動定時器，時鐘輸出引腳，變壓器、終端和其他外部器件，輸入／輸出電平等幾個方面。（圖l可供參考）2.1 復位電路ENC28J60有上電復位（Power-on Reset）功能，RESET引腳上的低電平使ENC28J60進入復位模式；RKSlET引腳內部有弱上拉電阻。ENC28J60的硬件連接如圖l所示。

2．2 時鐘振蕩器

ENC28J60需要一個25MHz的晶振，接在OSCl和OSC2腳上；也可由外部時鐘信號來驅動。此時3．3V的外部時鐘接在OSCl腳上，OSC2斷開或者通過一個電阻接地來降低系統(tǒng)噪聲。

2.3 振蕩器啟動定時器

ENC28J60內部有一個振蕩器啟動時鐘OST（Oscillator Start-upTimer），上電7500個時鐘周期（300μs）。OST期滿后內部的PHY方能正常工作。這時不能發(fā)送或者接收報文。上位機可通過檢測ENC28J60內部ESTAT寄存器中的CLKRDY位的狀態(tài)來決定是否可設置發(fā)送或接收報文。

需要注意的是，當ENC28J60上電復位或者從Power-Down模式下喚醒時，必須檢測ESTAT寄存器中的CLKRDY是否置位。只有CLKRDY置位后才能發(fā)送、接收報文，訪問相關寄存器。

2.4 時鐘輸出引腳

CLKOUT引腳可為系統(tǒng)巾的其他設備提供時鐘源。上電后CLKOUT引腳保持低電平，復位結束后OST計數(shù)。OST期滿后，CLKOUT輸出頻率為6．25MHz的時鐘。

時鐘輸出功能通過ECOCON寄存器禁止、調整和使能。時鐘輸出可設置為1、2、3、4、8分頻，上電后默認為4分頻。ECOCON寄存器配置改變以后，CLKOUT引腳有80～320ns的延遲（保持低電平），然后按照設定輸出固定頻率的時鐘信號。

軟什或者RESET引腳上的復位信號不會影響ECOCON寄存器的狀態(tài)。Power-Down模式也不會影響時鐘的輸出。當禁止時鐘輸出時，CLKOUT引腳保持低電平。

2．5 變壓器、終端和其他外部器件

為了實現(xiàn)以太網(wǎng)接口ENC28J60，需要幾個標準的外部器件：脈沖變壓器、偏置電阻、儲能電容和去耦電容。

差分輸入引腳（TPIN+／TPTN-），需要一個1：1變比的脈沖變壓器來實現(xiàn)10BASE-T。差分輸出引腳（TPOUT+／TP0UT-），需要一個變比為1：1、帶中心抽頭的脈沖變壓器。變壓器需要有2kV或更高的隔離能力，防靜電。對變壓器的詳細要求請參考芯片手冊第16章“電氣特性”。每個部分都需要通過2個50Ω、精度為1％的電阻和1個0．01μF的電容串聯(lián)后接地。

筆者采用的是中山漢仁公司的集成以太網(wǎng)隔離變壓器RJ45插座HR901170A。

ENC28J60內部的模擬電路需要在RBIAS引腳和地之間跨接1個2kΩ、l％的偏置電阻。部分數(shù)字電路工作在2．5V，以降低功耗；ENC28J60內部集成1個2．5V的調節(jié)器來產(chǎn)生所需的電壓，需在VCAP引腳和地之間接1個10μF的電容保證供電的穩(wěn)定性（該2．5V調節(jié)器不是為外部負載設汁的）。

所有的供電引腳（VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX）必須接在外部的同一個3．3V電源上；同理，所有的地（VSS、VSSOSC、VSSPLL、VSSTX）必須接在同一個外部地上。每個供電引腳和地之問應當接1個O．1μF的陶瓷電容去耦（電容要盡可能接近供電引腳）。

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

2.6 輸入輸出電平

ENC28J60是一個3．3 V的CMOs器件，但它設計得非常容易統(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5V電壓。當SPI和中斷輸入與3．3V驅動的CM0S輸出不兼容時，可能需要一個單向的電平轉換器。74HCT08（四與門），74ACTl25（四三態(tài)緩沖器）和許多具有TTL電平輸入的5VCMOS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引腳在復位時支持極性自動檢測。既可直接驅動LED，又可灌電流驅動。復位時ENC28J60檢測LED的連接，并按照PHLCON寄存器的默認設置來驅動。運行過程中的LED極性轉換直到下一次系統(tǒng)復位后才能被榆測到。LEDB的連接比較特殊，在復位過程中檢測它的連接，決定如何初始化PHCONl寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驅動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PHCONl．PDPXME）復位后的值不確定。這時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 Penpheral Interface）是一種同步、全雙工串行接口，基于主從配置，是一個4線接口 ——主出／從人（MOSI）．主人／從出（MISO），串行時鐘（SCK），從機選擇（SSEL）。

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

SPI格式的主要特性是SCK信號的無效狀態(tài)和相位，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘由主機提供。常用的時鐘設置基于時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）兩個參數(shù)，CP0L定義SPI串行時鐘的活動狀態(tài)，而CPHA定義相對于從機輸出數(shù)據(jù)位的時鐘相位。CPOL和CPHA的設置決定了數(shù)據(jù)取樣的時鐘沿。

取決于CPOL和CPHA的設置不同，SPI共有4種模式，如表1所列。

3．2 ENC28J60與單片機的連接

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

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)，完成相關操作。復位也可通過SPI接口由軟件實現(xiàn)，軟件復位不影響RESET引腳的狀態(tài)。

ENC28J60有兩個中斷輸出，分別用于事件中斷觸發(fā)和網(wǎng)絡喚醒主機。

CPU采用LPC2138用宏定義實現(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SPI接口進行操作之前需對其初始化。下面給出讀／寫SPI接口的源代碼。

亦可用LPC2138的SSP來連接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/寫錯誤。因為緩沖區(qū)的存在可能破壞讀/寫ENC28J60的時序。

對于沒有SPI接口的單片機可采用普通I/O口模擬的方法實現(xiàn)SPI主機。此時須注意靜態(tài)時時鐘的無效狀態(tài)和相位，以及輸出數(shù)據(jù)位出現(xiàn)的時間；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(jù)ENC28J60的讀/寫波形很容易寫出模擬SPI主機的程序。筆者曾在AT89S5l上實現(xiàn)了模擬SPI主機讀／寫MCP2515的操作。

4 結論

在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平臺上實現(xiàn)了以太網(wǎng)通信。相對于其他方案，該系統(tǒng)極為精簡。對于沒有開放總線的單片機，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ENC28J160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)絡連接功能；集成MAC和PHY無需其他外設；具有可編程過濾功能，可自動評價、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8KB雙端口SRAM緩沖器，操作靈活方便。不足之處為僅支持10BASE-T。

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