摘要：本文介紹了一種采用ZNE-100T以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)PIC16F
　　873單片機(jī)以太網(wǎng)通信的方法，分別闡述了硬件及軟件設(shè)計(jì)方法。
　　關(guān)鍵詞：ZNE-100T，嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)通信
　　0、引言
　　近幾年來，嵌入式系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，各種嵌入式設(shè)備接入因特網(wǎng)進(jìn)行信息發(fā)布、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制，給人們的生活和工作帶來了很多便利。嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)就是將嵌入式系統(tǒng)接入因特網(wǎng)進(jìn)行訪問的控制技術(shù)。
　　在工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用是：嵌入式系統(tǒng)作為下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，PC作為上位機(jī)完成各種管理功能。
　　目前常用的幾種網(wǎng)絡(luò)方案有：在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、采用網(wǎng)絡(luò)芯片或Inernet接入服務(wù)器等。筆者對(duì)以上三種常用方式進(jìn)行了對(duì)比，見表1所示。
　　表1三種網(wǎng)絡(luò)方案的對(duì)比
　　 實(shí)現(xiàn)方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 典型芯片
　　在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 單片機(jī)中軟件固化TCP/IP協(xié)議棧，再加以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)CSMA/CD 硬件成本低 對(duì)單片機(jī)資源、容量等要求高；軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜；開發(fā)難度大，周期長 MCU有Ubicom公司的SX52BD,
　　NIC有Realtek公司的RTL8029
　　采用嵌入式RTOS 高性能的嵌入式RTOS支持TCP/IP協(xié)議棧，外加以太網(wǎng)控制器 系統(tǒng)功能強(qiáng)大，開發(fā)者不必自己實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議 開發(fā)成本大，嵌入式RTOS價(jià)格昂貴；對(duì)MCU的性能要求高 RTOS有VxWork、spSOS和WindowsCE等
　　采用網(wǎng)絡(luò)芯片或Inernet接入服務(wù)器 硬件固化了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并提供網(wǎng)絡(luò)接口，獨(dú)立于MCU 開發(fā)者不必考慮網(wǎng)絡(luò)芯片的工作細(xì)節(jié) 并不支持所有的MCU；價(jià)格較貴 WIZnet的W3100A；廣東致遠(yuǎn)的ZNE系列
　　1、ZNE-100T簡介
　　ZNE-100T是一款由廣東致遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的嵌入式以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧，用戶利用它可以輕松實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能，節(jié)省人力物力和開發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品更快的投入市場，增強(qiáng)競爭力。
　　ZNE-100T的主要功能特點(diǎn)如下：
　　 內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，用戶利于它可以輕松完成嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能；
　　 ZNE-100T實(shí)現(xiàn)的功能是Serial(TTL)to10MEthernet，Serial最大波特率為115200bps，支持RS232/485/422等規(guī)范；
　　 可利用Webbrowser和Windowsutility輕松進(jìn)行設(shè)定；
　　 提供通用配置函數(shù)庫，方便用戶使用VC、VB、Delphi和C++Builder開發(fā)應(yīng)用程序；
　　 支持TCPServer,TCPClient，UDP，RealCOMdriver，GroupMode等作業(yè)模式；
　　 提供RealCOMdriver模式下的管理軟件，真正實(shí)現(xiàn)虛擬串口；
　　 提供5個(gè)可控制IO口，并提供相應(yīng)的DEMO；
　　 提供串口起始字節(jié)和結(jié)束字節(jié)分包功能；
　　 支持動(dòng)態(tài)(DHCP)或靜態(tài)獲取IP地址；
　　 尺寸小，只有44.5×31.7mm。
　　2、硬件電路設(shè)計(jì)
　　筆者利用ZNE-100T模塊在應(yīng)變測量中，使應(yīng)變測量系統(tǒng)的現(xiàn)場測量功能節(jié)點(diǎn)具備以太網(wǎng)傳輸功能，充分利用以太網(wǎng)較長的傳輸距離和較高的傳輸速度的優(yōu)點(diǎn)。
　　ZNE-100T的引腳如圖1所示。
　　
　　圖1ZNE-100T模塊引腳圖
　　應(yīng)變測量系統(tǒng)的現(xiàn)場測量功能節(jié)點(diǎn)的MCU采用微芯公司的PIC16F873單片機(jī)。由于是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部短距離進(jìn)行異步串行通信，MCU與ZNE之間可直接使用邏輯電平互聯(lián)。為保護(hù)ZNE-100T模塊內(nèi)的CPU，在通信引腳之間串一個(gè)的限流電阻。同時(shí)為了匹配ZNE-100T模塊與PIC16F873的電平，在TXD和RXD引腳上分別掛一個(gè)上拉電阻。
　　
　　圖2串行接口設(shè)計(jì)示意圖
　　以太網(wǎng)信號(hào)ETX+、ETX-、ERX+、ERX-與外界通訊的接口采用的是RJ45連接器。由于ZNE系列模塊內(nèi)部都集成了網(wǎng)絡(luò)變壓器，因此可以直接將這幾個(gè)以太網(wǎng)引腳接到RJ45連接器上。
　　3、以太網(wǎng)通信的軟件設(shè)計(jì)
　　軟件部分的設(shè)計(jì)包括：ZNE-100T模塊的設(shè)置、PC機(jī)（遠(yuǎn)端測控終端）上應(yīng)用軟件的編寫、PIC16F873（現(xiàn)場測量功能節(jié)點(diǎn)）中軟件的編寫。
　　3.1、ZNE-100T的配置
　　配置軟件是在工作前，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，在遠(yuǎn)端測控終端中即PC機(jī)中通過以太網(wǎng)對(duì)ZNE模塊進(jìn)行設(shè)置的軟件。利用VC++6.0結(jié)合MFC進(jìn)行編程。配置軟件要對(duì)以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定：串口配置，包括串口的波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位；工作模式配置，模塊具有TCPServer，TCPClient，UDP,RealCOM,Group組播，TCPAuto工作模式供選擇；目標(biāo)IP地址、目標(biāo)端口號(hào)的設(shè)置；幀起始字節(jié)和幀結(jié)束字節(jié)的設(shè)定。
　　3.2、PC機(jī)（遠(yuǎn)端測控終端）上應(yīng)用軟件的編寫
　　軟件可以在VC++6.0中開發(fā)的，并利用了Winsock進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。用戶界面如圖3所示。
　　
　　圖3上位機(jī)軟件運(yùn)行界面
　　下面以發(fā)送控件對(duì)應(yīng)的函數(shù)為例，列舉程序代碼：
　　voidCTesttransferDlg::OnButtonSend()
　　{
　　 EnableSend(0);//設(shè)置對(duì)話框中的“發(fā)送”按鈕不可點(diǎn)
　　 UpdateData(TRUE);//將對(duì)話框的控件中的數(shù)據(jù)交換到變量中。
　　 LPTSTRpstr=m_strEditSend.GetBuffer(m_strEditSend.GetLength()+1);//把在對(duì)話框中輸入的數(shù)據(jù)放入緩沖中，并返回緩沖地址
　　 intres=m_sock.Send(pstr,m_strEditSend.GetLength()+1);//發(fā)送數(shù)據(jù)，并返回布爾值表明是否成功
　　 if((res==SOCKET_ERROR&&m_sock.GetLastError()==WSAEWOULDBLOCK)||(res>0&&res<m_strEditSend.GetLength()+1))//如果OutputBuffer已滿即處于忙狀態(tài)或未完全發(fā)完
　　 {
　　  m_sock.SetResend((BYTE*)(pstr+((res==-1)?0:res)),
　　  (m_strEditSend.GetLength()+1)-((res==-1)?0:res));//重發(fā)或繼續(xù)發(fā)送
　　 }
　　elseif(res==SOCKET_ERROR&&m_sock.GetLastError()!=
　　WSAEWOULDBLOCK)//如果出現(xiàn)其他錯(cuò)誤
　　 {
　　  MessageBox("發(fā)送失敗");//出現(xiàn)提示框“發(fā)送失敗”
　　  EnableSend(1);//設(shè)置對(duì)話框中的“發(fā)送”按鈕可點(diǎn)
　　 }
　　 else//其余情況，即已發(fā)送成功
　　  EnableSend(1);//設(shè)置對(duì)話框中的“發(fā)送”按鈕可點(diǎn)
　　 m_strEditSend.ReleaseBuffer();//釋放緩沖
　　 UpdateData(FALSE);//將數(shù)據(jù)在對(duì)話框中對(duì)應(yīng)控件中顯示出來
　　}
　　
　　3.3、PIC16F873（現(xiàn)場測量功能節(jié)點(diǎn)）軟件的編寫
　　利用PIC16F873的USART模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。PIC16F873的USART是其兩個(gè)串行I/O模塊之一(另一個(gè)是SSP模塊)。USART可以配置為全雙工異步系統(tǒng)，也可配置為半雙工同步系統(tǒng)，本系統(tǒng)中將其配置為全雙工異步模式。
　　串口的發(fā)送和接收在函數(shù)usart_receive（）和函數(shù)usart_send（）中完成。
　　函數(shù)usart_receive（）在主函數(shù)中被調(diào)用，等待并接受從串口送來的控制命令，把接收到的數(shù)據(jù)保存在全局變量unsignedcharReceive[9]中。
　　voidusart_receive(void)
　　{
　　 CREN=1;//接收允許。
　　 for(k=0;k<20;k++)
　　  {
　　   while(1)//等待接受數(shù)據(jù)。
　　   {
　　    if(RCIF==1)break;  
　　   }
　　   Receive[k]=RCREG;//讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)清RCIF。
　　   if(Receive[k]='')break;//發(fā)現(xiàn)結(jié)束字符則停止接受。
　　 }
　　 CREN=0;//接收禁止。
　　}
　　函數(shù)usart_send（）通過串口發(fā)送恢復(fù)命令、采樣結(jié)果等。它的函數(shù)帶有參數(shù)，為待發(fā)送的字符串?dāng)?shù)組。
　　voidusart_send(unsignedcharsend_string[20])
　　{
　　 inti=0;
　　 TXEN=1;//發(fā)送允許。
　　 TXREG=0x01;//加幀起始字節(jié)0x01。
　　 while(1)//等待幀起始字節(jié)發(fā)送完成。
　　  {
　　   if(TXIF==1)break;
　　} 
　　while(1)//發(fā)送有效數(shù)據(jù)，為參數(shù)中帶的字符串。
　　{
　　  TXREG=send_string[i];
　　  while(1)
　　  {
　　   if(TXIF==1)break;//等待發(fā)送完成。
　　}
　　  if(send_string[i]=='')break;//發(fā)現(xiàn)結(jié)束字符則停止發(fā)送。
　　  i++;//指向下一個(gè)字符。
　　}
　　......;//求校驗(yàn)和，并發(fā)送
　　......;//發(fā)送幀結(jié)束字節(jié)0x03。
　　 TXEN=0;//發(fā)送禁止。
　　}
　　4、結(jié)論
　　利用ZNE-100T實(shí)現(xiàn)基于PIC16F873的以太網(wǎng)通信具有工作穩(wěn)定可靠，使用方便簡單的優(yōu)點(diǎn)，從而使應(yīng)變測量系統(tǒng)具備以太網(wǎng)傳輸功能，充分利用以太網(wǎng)較長的傳輸距離和較高的傳輸速度的優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　
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