MCS-51单片机嵌入式Internet技术研究
摘 要: 实现MCS-51 单片机嵌入式接入Internet 技术。单片机通过ATL8019AS 以太网控制器实现与Internet 的交互。利用开源代码的TCP/IP 协议栈uIP 实现对底层设备的驱动,同时通过uIP 协议的应用程序接口实现各种应用服务。给出了硬件设计图,编写了单片机主程序。应用此技术实现了一个城市中心停车监测系统。
近年来以单片机(Micro Computer Unit,MCU)为代表的嵌入式系统在工业探测系统、智能仪器、安防系统、智能家电和信息家电领域得到了广泛应用。
如果嵌入式系统能够连接到Internet 上,则用户可以方便、快捷、低廉地通过网络进行远程控制、监测和信息传送。Internet 技术和嵌入式技术的相互融合,不仅为嵌入式系统的设计和开发带来了前所未有的发展空间和机遇,也使得 Internet 应用进入了嵌入式Internet 时代。据专家预测,未来在 Internet 上的新增业务和应用中,将有 45%的增长来自于小型嵌入式系统。因此,嵌入式系统的 Internet 接入技术,将会有极其广阔的应用前景。如何利用单片机接入Internet 网络成为未来最热门的技术之一。
1 单片机嵌入式Internet接入技术
Internet 网络通信中,TCP/IP 协议簇非常庞大,需要占用大量的系统资源。单片机的缺点是资源有限,无法容纳下Internet 的TCP/IP 协议簇。因此单片机实现嵌入式接入Internet 技术的关键是如何在单片机等嵌入式设备的有限资源上实现Internet 的网络通信协议栈。其难点在于:如何利用单片机自身有限的资源对信息进行TCP/IP 协议处理,使之变成可以在Internet 上传输的IP 数据包。目前许多研究机构都在积极探讨利用MCU 实现接入Internet 技术,出现了多种单片机嵌入式Internet 技术方案,这些技术实现方案可以归为以下几类。
(1) 使用专用的嵌入式芯片。专用嵌入式芯片是一种内置了通信和控制功能的单片机,可以实现实时多任务操作。比传统的单片机硬件提供更强的系统设计灵活性。这样的芯片有Ubicom 公司的IP2022 芯片,MOXA 公司的Nport Express 芯片等。这类芯片功能强,能够实现多种网络协议,一般提供有相应的TCP/IP 网络协议栈。但是这种芯片价格偏高,用户需要支付软硬件费用,不易于实现市场的广泛应用。
(2) 嵌入式系统组成专用网通过PC 网关接入Internet.小型嵌入式系统通过总线技术组成专用网络,采用一个PC 机作为网关,该 PC 将专用网发送来的信息通过专用软件转换为TCP/IP 协议数据包,然后发到 Internet 上以实现远程通信。该方案是早期采用得较多的技术。但是这种方案的缺点是要使用一台专用的PC 机,显然它只适用于某些工业数据采集系统,不易于向信息家电和网络化智能仪器仪表等领域推广。
(3) 使用普通单片机和网络控制芯片。这种方法实现起来比较简单,而且可根据实际需要进行功能扩展,但是需要在单片机上实现嵌入式TCP/IP 网络协议,软件编程的工作量比较大。由于采用普通单片机,所以其优点是成本低,单片机体积小,易于以极高的性价比向诸多需要实现嵌入式接入Internet 的场合推广。本文设计的系统就是采用这种技术方案,下面将重点分析其硬件和软件设计。
2 单片机与网卡的接口电路
2.1 系统总体设计
图1 系统总体设计。
系统选用最常用的MCS 8051 系列单片机,此类型单片机价格低廉且应用广泛。网卡选用台湾Realtek公司生产的ATL8019AS 以太网控制器芯片。由于Internet 网络协议的程序代码量较大,所以系统除了单片机和网卡外,还增加了一些外围电路。包括用作数据缓存的RAM 存储器和RS232 接口,前者用作数据缓存器,后者作为单片机与现场设备进行数据交互的接口。系统总体功能设计如图1 所示。
在上述系统设计中,单片机主要完成Internet数据的解包和串口RS232 数据的封包。远程PC 机传输来数据包经过Internet 物理媒介到达以太网控制芯片 RTL8019AS 内,RTL8019AS 执行地址解析协议,然后交给 C8051 单片机,单片机执行TCP/IP 协议模块,去掉 TCP/IP 报头后将数据通过RS232 串行口交给数据采集系统的现场设备。反之,如果是现场设备发送数据到单片机,那么单片机将数据按照TCP/IP 协议格式封包后送入RTL8019AS,由网卡芯片传输到Internet 中。通过上述方式,单片机完成与Internet 的交互,从而实现数据采集系统的互联网远程控制。
2.2 标单片机与网卡的接口电路
单片机是本系统的核心,因此单片机与网卡的接口电路非常关键。本系统选用8051 系列单片机,是因为8051 单片机是最常用的单片机,其价格低廉且应用广泛,在工业设备应用中
- 一种动态网络负载平衡集群的实践方法(04-16)
- 利用MLD自动化操作系统移植降低 Linux成本(05-04)
- 可扩展的嵌入式网络平台(07-07)
- 基于DSP的嵌入式TCP/IP协议的研究与实现(04-06)
- 实时内核μC/OS-II下的网络监控系统的设计(04-13)
- 基于DSP的嵌入式TCP/IP协议的设计(06-30)
- 濡ゅ倹岣挎鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
闁稿繈鍔嶉弻鐔告媴瀹ュ拋鍔呭☉鏃傚Т閻ㄧ姵锛愰幋婊呯懇濞戞挻姘ㄩ悡锛勬嫚閸☆厾绀夐柟缁樺姇瀹曞矂鎯嶉弬鍨岛鐎规悶鍎扮紞鏃堟嚄閽樺顫旈柨娑樿嫰婵亪骞冮妸銉﹀渐闂侇偆鍠愰崹姘舵⒐婢舵瓕绀嬪ù鍏坚缚椤懘鎯冮崟顐ゆ濡増鍨垫导鎰矙鐎n亞鐟�...
- 濞戞搩鍘炬鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
缂侇噣绠栭埀顒婃嫹30濠㈣埖宀稿Λ顒備焊閸曨垼鏆ラ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌ら柨娑樺缁楁挾鈧鍩栧璺ㄦ嫚閹惧懐绀夐柛鏂烘櫅椤掔喖宕ㄥΟ鐑樺渐闂侇偆鍠曢幓顏堝礆妫颁胶顏卞☉鎿冧簻閹酣寮介悡搴f濡増鍨垫导鎰矙鐎n亞鐟庨柣銊ュ椤╋箑效閿燂拷...
- Agilent ADS 闁轰焦鐟ラ鐔煎春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
濞戞挻鎸搁宥夊箳閸綆鍤﹂柨娑樿嫰閸欏繘妫冮姀锝庡敼閻熸瑯鏋僁S闁告艾瀚~鎺楀礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€n亞瀹夐柣銏╃厜缁遍亶宕濋埡鍌氫憾闁烩偓鍔嶅〒鍫曟儗椤撶姵鐣遍柡鍐ㄧ埣濡法鈧冻缂氱槐鐧咲S...
- HFSS閻庢冻缂氱弧鍕春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
閻犙冨缁讳焦绋夐幘鎰佸晙闁瑰搫鐗愰鎶芥晬鐏炶棄寮块梻鍫涘灱椤斿骞掗崷娆禨S闁汇劌瀚慨娑㈡嚄閽樺瀚查幖瀛樻⒒閺併倝鏁嶇仦钘夌盎闁告柡鏅滈崑宥夊礂閵娾晜妗ㄧ紒顖濆吹缁椽宕烽弶娆惧妳濞戞梻濮电敮澶愬箵椤″锭SS...
- CST鐎甸偊鍠楃亸婵嗩啅閵夈倗绋婇悗骞垮€曢悡璺ㄦ媼椤撶喐娈岀紒瀣儏椤ㄦ粎鎲楅敓锟�
闁哄瀛╁Σ鎴澝虹€b晛鐦滈悹浣筋嚋缁辨繈宕楅妸鈺傛〃閻犱礁寮跺绶維T闁告艾瀚伴妴宥夊礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€n亞瀹夐柣銏╃厜缁辨繈宕濋埡鍌氫憾闊浂鍋婇埀顒傚枙閸ゆ粎鈧冻闄勭敮澶愬箵椤″T閻犱焦宕橀鍛婃償閺冨倹鏆�...
- 閻忓繐瀚伴。鍫曞春閾忚鏀ㄩ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌�
濞戞挸娲g粭鈧Δ鍌浬戦妶濂哥嵁閸愬弶鍕鹃悹褍鍤栫槐婵囨交濞嗗海鏄傞悹鍥у⒔閳诲吋绋夋潪鎵☉闁革负鍔岄惃鐘筹紣閹寸偛螚闁哄牜鍨堕。顐﹀春閻旀灚浜i悘鐐存礃鐎氱敻鎳樺鍓х闁瑰灚鎸风粭鍛村锤濮橆剛鏉介柣銊ュ缁楁挻绋夊顒傚敤缁绢厸鍋�...
- 鐎甸偊鍠楃亸婵堜焊閸曨垼鏆ユ繛鏉戭儔閸f椽骞欏鍕▕闁糕晝顢婇鍕嫚閸撗€鏌ら柛姘墦濞夛拷
閻犳劦鍘洪幏閬嶅触閸儲鑲犻柡鍥ㄦ綑閻ゅ嫰骞嗛悪鍛缂傚啯鍨甸崹搴ㄥΥ娓氣偓椤e墎鎷崣妯哄磿闁靛棔鑳堕妵姘枖閵忕姵鐝ら柕鍡曟娣囧﹪宕i柨瀣埍闁挎稑鏈崹婊呮啺娴e湱澹夐柡宥夘棑缁ㄥ潡鏌呴敓锟�...