DS80C400在远程数据采集系统中的应用

　　摘　要：介绍了DS80C400芯片的一些功能，及其在远程数据采集系统中的应用。

　　关键词：远程数据采集系统　DS80C400　以太网

　　远程数据采集系统与传统的数据采集系统相比具有不受地理环境、气候、时间的影响等优点，已经广泛采用于石油、电力、水利、公安、交通、安防等行业。

　　在某些数据采集现场，由于环境或距离的限制，采集的数据必须通过网络传送至目的地与其他人员共享。最好的解决方案是使用内部带有TCP/IP协议的单片机组成数据采集系统直接与以太网连接，实现远程数据采集。本文介绍的是以DS80CA00单片机为核心的一个远程数据采集系统。

　　DS80C400是MAXIM公司生产网络单片机，与8051兼容，且包含10/100Mbps的以太网控制器。远程的PC机用户可以通过以太网直接与DS80C400进行通信，实现远程数据采集和通信。现将应用于天然气控制系统中的远程数据采集系统做一个简单的介绍。该数据采集系统端主要包括数据采集模块，数据存储模块，指令控制模块，写数据模块，读数据模块和通信模块。该系统的整体框图如图1所示。

　　硬件部分

　　DS80C400

　　DS80C400是快速的与8051兼容的高度集成的网络微控制器。它执行指令的速度比普通的8051快3倍。它的外围设备包括10/100bps的以太网MAC，3个串行端口，1个CAN2.B控制器，一个1-Wire控制器和64个I/O引脚。DS80C400比标准的8位微控制器提供了更多的资源。标准微控制器的很多外围电路DS80C400都把它集成到了一起。

　　

 

　　图1远程数据采集系统

　　为了能够访问网络,DS80C400在ROM里提供了一个TCP IPv4/6协议栈和OS。协议栈支持32个TCP连接而且可以通过以太网MAC以5Mbps的速度发送数据。它的最大系统时钟频率为75MHz，因此他的指令最短执行周期是54ns。它主要应用在工业控制/自动化，数据转换(串口-以太网，以太网-串口)，远程数据采集设备，网络传感器等领域。

　　DS80C400内部集成了10/1000Mbps的以太网控制器，它支持使用以太网/IEEE802.3协议的物理设备。它通过一个媒体独立接口(MII)提供了接收，发送和流控制机制。MII包含了一个串行管理总线，它可以用来设置外部物理设备。MII可以设置为半双工和全双工模式，速率可以是10Mbps和100Mbps，也可以设置成支持1OMbps的ENDEC操作模式。以太网控制模块如图2所示

　　缓冲区控制单元(BCU)：它是DS80C400以太网行为的核心控制器。BCU调节CPU一系列的SFRs向以太网控制器模块的读/写行为。

　　命令/状态(CSR)寄存器：CSR寄存器用来定义以太网控制器的操作特性。

　　MII I/O管理：该模块允许主机从任意的32个物理设备控制器的32个寄存器中写控制数据或读状态信号。

　　

 

　　图2 以太网控制模块

　　MII I/O模块：只要网络状态监控信号与外围物理设备提供，DS80C400支持DS80C400 MAC和外围物理设备之间的所有数据传输。MII管理模块通过串行接口和外围设备通信。

　　地址检查模块：以太网控制器的地址检查模块监控所接受到的帧的目的地址，根据CPU设定的标准决定是转发还是丢弃。BCU把这个地址过滤的结果放在包的接收状态字里。

　　接受/发送包缓冲区：DS80C400使用了8KB的内部SRAM作为包接收/发送缓冲区。CPU可以使用MOVX指令来读/写数据存储器。BCU也同样可以访问SRAM，而且只要它需要存储或找回以太网数据包的信号它就可以自动读/写缓冲区。

　　电源管理模块：DS80C400以太网控制器包含了一个电源管理模块。CPU可以让它进入休眠模式，这样当它不处理以太网通信时可以节约能源。

　　LXT972ALC

　　LXT972ALC是一个遵守快速以太网协议的接收发送芯片。LXT972ALC支持10/100 MAC的标准的MII。根据7层网络通信模型，LXT972ALC是物理层设备。LXT972ALC完成了参考模型中以IEEE802.3标准定义的物理编码子层(PCS)，物理媒体附加子层(PMA)，和物理媒体独立子层(PMD)的功能。LXT972ALC执行IEEE802.3定义的标准10BASE-X的所有物理编码子层和物理附加子层的功能。它还能执行10BASE-TX连接的所有的媒体独立子层的所有功能。

　　上电以后，LXT972ALC读取它的设置引脚来检查它的被动操作设置。如果没有设置成被动模式，那么它就是用自动协商来检测自动测定线的操作环境。如果另一侧的物理设备支持自动协商连接，那么LXT972ALC使用快速连接脉冲进行自动协商。如果PHY设备不支持自动协商，那么LXT972ALC自动检测是否存在连接脉冲或者空闲符号来设置操作环境。

　　LXT972ALC设备实现了标准IEEE-802.3定义的MII。提供了从MAC到LXT972-ALC数据传输的独立通道。每一个通道都有各自的时钟，数据总线和控制信号。使用9个信号来发送数据到MAC：TXD<3:0>，TX_CLK，RX_DV，RX_ER，COL和CRC。使用7个信号来从MAC发送数据：TXD<3:0>，TX_CLK，RX_DV,RX_ER,COL和CRC。使用7个信号来从MAC发送数据：TXD<3:0>，TX_CLK,TX_EN和TX_TR。LXT972ALC和DS80C400的连接如图3所示。

　　

 

　　图3 LXT972ALC和DS80C400的连接图

　　MAC每一次发送都使用先导模式。当LXT972ALC检测到先导符时，它发送一个帧开始符，然后进行编码和发送数据包的剩余部分，包含包数据和CRC。当包结束时，LXT972ALC发送包结束分界符，然后转为发送空闲标识。

　　软件部分

　　内部软件：DS80C400内部嵌入了一个软件，它可以使用户快速有效使用一些给定的应用。DS80C400 ROM固件由三个主要部分组成：一个完全的符合工业标准的TCP/IP IPv4/v6协议栈/伯克利套接字接口，抢占式的调度程序，和一个网络启动功能。DS80C400B包含了一个串行装入模块，它支持外部存储器的程序装入。

　　结束语

　　DS80C400能够使嵌入式系统通过以太网方便地和远程计算机进行通信。由于他和8051单片机相兼容，因此在数据采集系统中，它可以作为单片机控制数据采集，同时作为嵌入式系统和以太网的接口和其它远程计算机进行通信，从而只有一块芯片就实现了对实时数据采集和远程数据下载的控制。