新型以太网控制器ENC28J60及其接口技术

摘要 介绍新型独立以太网控制器ENC28J60的结构、功能以及与外部接口的软硬件设计。ENC28J60以太网控制器采用标准的SPI串行接口，只需4条连线即可实现与单片机连接，有利于在小型系统上实现以太网功能。对于没有SPI接口的芯片通过模拟SPI接口的方式亦十分方便。
关键词Ethernet ENC28J60 SPI 接口

引 言
ENC28J60是Microchip Technology(美国微芯科技公司)近期推出的28引脚独立以太网控制器。

在此之前，嵌入式系统开发可选的独市以太网控制器都是为个人计算机系统设计的，如RTL8019、AX88796L、DM9008、CS8900A、LAN91C11l等。这些器件不仅结构复杂，体积庞大，且比较昂贵，目前市场上大部分以太网控制器的封装均超过80引脚，而符合IEEE 802．3协议的ENC28J60只有28引脚，既能提供相应的功能，又可以大大简化相关设计，减小空间。

1 结构和功能
采用业界标准串行外设接口(SPI)的以太网控制器ENC28J60具有以下主要特征：
◆符合IEEE 802．3协议。内置lOMbps以太网物理层器件(PHY)及媒体访问控制器(MAC)，可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据。
◆具有可编程过滤功能。特殊的过滤器，包括Microchip的可编程模式匹配过滤器，可自动评价、接收或拒收Magic Packet，单播(Unicast)、多播(Multicast)或广播(Broadcast)信息包，以减轻主控单片机的处理负荷。
◆lOMbps SPI接口。业界标准的串行通信端口，使得低至18引脚的8位单片机也具有网络连接功能。
◆可编程8KB双端口SRAM缓冲器。以高效的方式进行信息包的存储、检索和修改，以减轻主控单片机的内存负荷。该缓冲存储器提供了灵活可靠的数据管理机制。

2 硬件设计
ENC28J60的硬件设计需要注意复位电路，时钟振荡器，振荡器启动定时器，时钟输出引脚，变压器、终端和其他外部器件，输入／输出电平等几个方面。(图l可供参考)

2.1 复位电路

ENC28J60有上电复位(Power-on Reset)功能，RESET引脚上的低电平使ENC28J60进入复位模式；RKSlET引脚内部有弱上拉电阻。ENC28J60的硬件连接如图l所示。

2．2 时钟振荡器
ENC28J60需要一个25MHz的晶振，接在OSCl和OSC2脚上；也可由外部时钟信号来驱动。此时3．3V的外部时钟接在OSCl脚上，OSC2断开或者通过一个电阻接地来降低系统噪声。

2.3 振荡器启动定时器
ENC28J60内部有一个振荡器启动时钟OST(Oscillator Start-upTimer)，上电7500个时钟周期(300μs)。OST期满后内部的PHY方能正常工作。这时不能发送或者接收报文。上位机可通过检测ENC28J60内部ESTAT寄存器中的CLKRDY位的状态来决定是否可设置发送或接收报文。

需要注意的是，当ENC28J60上电复位或者从Power-Down模式下唤醒时，必须检测ESTAT寄存器中的CLKRDY是否置位。只有CLKRDY置位后才能发送、接收报文，访问相关寄存器。

2.4 时钟输出引脚
CLKOUT引脚可为系统巾的其他设备提供时钟源。上电后CLKOUT引脚保持低电平，复位结束后OST计数。OST期满后，CLKOUT输出频率为6．25MHz的时钟。

时钟输出功能通过ECOCON寄存器禁止、调整和使能。时钟输出可设置为1、2、3、4、8分频，上电后默认为4分频。ECOCON寄存器配置改变以后，CLKOUT引脚有80～320ns的延迟(保持低电平)，然后按照设定输出固定频率的时钟信号。

软什或者RESET引脚上的复位信号不会影响ECOCON寄存器的状态。Power-Down模式也不会影响时钟的输出。当禁止时钟输出时，CLKOUT引脚保持低电平。

2．5 变压器、终端和其他外部器件
为了实现以太网接口ENC28J60，需要几个标准的外部器件：脉冲变压器、偏置电阻、储能电容和去耦电容。

差分输入引脚(TPIN+／TPTN-)，需要一个l：1变比的脉冲变压器来实现10BASE-T。差分输出引脚(TPOUT+／TP0UT-)，需要一个变比为l：l、带中心抽头的脉冲变压器。变压器需要有2kV或更高的隔离能力，防静电。对变压器的详细要求请参考芯片手册第16章"电气特性"。每个部分都需要通过2个50Ω、精度为1％的电阻和1个0．01μF的电容串联后接地。

笔者采用的是中山汉仁公司的集成以太网隔离变压器RJ45插座HR901170A。

ENC28J60内部的模拟电路需要在RBIAS引脚和地之间跨接1个2kΩ、l％的偏置电阻。部分数字电路工作在2．5V，以降低功耗；ENC28J60内部集成1个2．5V的调节器来产生所需的电压，需在VCAP引脚和地之间接1个10μF的电容保证供电的稳定性(该2．5V调节器不是为外部负载设汁的)。

所有的供电引脚(VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX)必须接在外部的同一个3．3V电源上；同理，所有的地(VSS、VSSOSC、VSSPLL、VSSTX)必须接在同一个外部地上。每个供电引脚和地之问应当接1个O．1μF的陶瓷电容去耦(电容要尽可能接近供电引脚)。

驱动双绞线接口需要较大的电流，所以电源线应尽可能宽，与引脚的连接尽可能短，以降低电源线内阻的消耗。

2.6 输入输出电平
ENC28J60是一个3．3 V的CMOs器件，但它设计得非常容易统一到5 V系统中去：SPI、CS、SCK，SI输入和RESET引脚一样，都可承受5V电压。当SPI和中断输入与3．3V驱动的CM0S输出不兼容时，可能需要一个单向的电平转换器。74HCT08(四与门)，74ACTl25(四三态缓冲器)和许多具有TTL电平输入的5VCMOS缓冲器芯片都可以提供所需的电平转换。

2.7 LED配置
LEDA和LEDB引脚在复位时支持极性自动检测。既可直接驱动LED，又可灌电流驱动。复位时ENC28J60检测LED的连接，并按照PHLCON寄存器的默认设置来驱动。运行过程中的LED极性转换直到下一次系统复位后才能被榆测到。LEDB的连接比较特殊，在复位过程中检测它的连接，决定如何初始化PHCONl寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驱动LED，则PHCON1.PDPXMD位被清零，PHY工作在半双工模式；如果LEDB吸收反向电流点亮LED，则PHCON1．PDPXMD被置位，PHY工作在全双工模式；如果LEDB没有连接，则PHCONl．PDPXME)复位后的值不确定。这时主控制器必须适当设置该位，以使PHY工作在所需的状态(半双工或全双工)。