集成了网络连接的低成本控制器

1 引言 按照当前的技术水准，如果设计一个不与网络或互联网连接的控制、调节或数据通信系统显然是落伍了。文中将介绍如何采用Maxim/Dallas创新的八位网络微控制器DS80C400实现低成本的具有WEB连接的工业应用。 网络的存在大大简化了系统服务和电缆连接，通过以太网也能够实现越来越多的功能。如今越来越多的微控制器被部署在以太网上，例如：无线接入点、视频监控、网络打英路由器等。在这些应用中，为了减轻软件处理负荷、降低成本，需要核心芯片，也就是集成有以太网接口和TCP/IP协议栈的微控制器，Maxim/Dallas推出的DS80C400则具备以上特点。 DS80C400非常适合上述应用，它可以连续运行，并只消耗极少的能量。该器件可以轻易实现VoIP、Internet电话等功能，还可以通过Internet或家庭网络控制空调和取暖设备。有了它，就没有必要在系统的每一单元都安装昂贵的电路，系统中的任何PC都可以通过DS80C400查看相关数据和发送控制操作。各个单元只需与现有网络连接，这些网络可以是家庭或者公司内部网络，也可以是Internet，而且其服务设置和安装过程可以由网络上的任何PC实现。 2 DS80C400功能特点 这款新型控制器为系统监控提供了更多的途径。用户可以采集多个地点的温度并实时显示温度数值，也可以用彩色图表显示不同的温度值和连续工作情况。研发工程师还可以尝试不同的监视和控制方式，而不需要在各控制点增加转换器和昂贵的伺服机构。由于DS80C400可以通过以太网接入In-ternet，这样就使操作者的实际位置变得无关紧要，可以轻松实现远端或远距离的系统监控。 图1 2.1 低功耗 DS80C400能够以最少的外围器件和最低的功耗实现简单有效的功能。参考设计(DSTINIM400和DSTINIS400)中包含了以太网接口和2个串行接口，此外，板上有1M字节RAM和1M字节的Flash存储器。该控制器工作在29.4912MHz时钟下，运行TI-NI-OS和Webserver操作系统时的总功耗为0.5W。图1所示为DS80C400的内部结构框图。 DS80C400具有功率管理模式PMM，可以对内部时钟进行256分频。在PMM模式下，微处理器的速度非常低，仍可以继续执行程序，但电源电流极低，甚至低于空闲模式下的电源电流。当有中断指令产生或其中一个串口接收到数据时，DS80C400会自动恢复标准工作模式。PMM模式下损耗较大的定时器时钟是1024分频，而不是4分频。低功耗模式下，内部8051核工作于1.8V，而I/O驱动部分工作在3.3V(可以承受5V)。 2.2 高指令执行速度 在高达75MHz时钟时，DS80C400的指令执行速度可以达到18.75MIPS，足以支持以太网接收未经压缩的音频数据流，然后经过D/A转换再发送出去。DS80C400也适合分辨率和刷新速率较低的安全监控系统。但是，DS80C400不能用于高速、连续吞吐量的场合，例如文件服务器、网络DVD刻录机等。此外，DS80C400内部的运算加速器可以执行16位和32位乘法、除法、移位和归一化处理。 2.3 接口和外围设备 DS80C400提供多种接口，其中包括CAN2.0B控制器接口、三个1-Wire接口、全双工硬件串行接口、八个双向8位端口(共计64个数字I/O口)。DS80C400有16M字节的可访问地址空间、22条地址线和4个内部编码片选使能端，见图2所示。它内部集成有10/100M以太网媒体存取控制器MAC，可以支持半双工和全双工Internet协议IPv4和IPv6。为了减轻发送和接收时的CPU负荷，DS80C400还内含8K字节带缓冲的数据包存储器。 图2 DS80C400内嵌64K字节ROM，ROM中的固件利用DHCP，配合TFTP，通过以太网连接实现网络装载。ROM固件支持UDP、TCP、DHCP、ICMP和IGMP，因此实现了完全可以访问的TCP/IP协议栈。另外，用户也可以从已在IEEE注册的DS2502-E48(Maxim/Dallas产品，一种提供48位节点地址的芯片)中获得一个MAC地址。 2.4 Java Maxim/Dallas免费提供基于8051核的Java操作系统以配合DS80C400的使用。设计者可以从网站：ftp//ftp.dalsemi.com/pub/tini/下载Java操作系统TINI-OS和一些应用例程。TINI-OS提供一个类似UNIX的Shell：SLUSH-shell，其中包含了FTP和Tel-net等标准组件。TINI网站也提供了一些简单范例，例如用于Web服务器的Java源程序，该程序利用DS1920(数字温度传感器)来测量温度，并通过HTML页面显示温度值。 3 典型应用 在DS80C400上安装TINI-OS的WEB服务器需要下述条件： ●带DS80C400微控制器的电路板，推荐使用1M字节Flash存储器，1M字节SRAM。也可以从以下网址下载一个示例： ftp://ftp.dalsemi.com/pub/tini/reference de-signs/TINI