基于PIC18F66J60的Ethernet至RS-232的协议转换器

目前，在工业控制等多数领域中，大多数的设备的通信接口符合RS-232通信标准。这种通信方式的数据传输半径十分有限，并不能满足远程传输的需求，而且不能接入Internet。有两种方法可以将这些串口设备进行有效的改进，使其接入到Internet。一种方法更新原有的系统，采用能够接入Internet的新产品，或者对原有系统的全部或局部进行重新设计。这种方式可能从根本上解决系统接入到Internet问题，但是其成本较高、周期较长。另外一种方法是在原来的设备上面使用RS-232-Internet的协议转换器，实现Internet的接入。不论从复杂程度还是成本上面，这种方法明显优于第一种。

协议转换器的主要功能在于桥接，用户设备可以通过协议转换器的以太网接口连接到网络上，协议转换器的串口与用户设备相连，使远程PC机可以通过网络来控制用户的设备。下面给大家介绍一款基于PIC18F66J60的单芯片协议转换器ETORS232。

产品特点

ETORS232基于一种单芯片的Ethernet 与RS-232 协议转换器的设计。该方案采用Microchip针对嵌入式系统的Internet接入应用 开发出的8位集成以太网控制芯片PIC18F66J60，并且系统内嵌了Microchip发布的基于此芯片的TCP/IP协议栈，能够使设备以UDP、TCP Server、TCP Client模式接入到网络。

ETORS232的性能特点如下：

* 单芯片完成协议转换功能，大大降低了系统成本和复杂程度。
* 整机尺寸只有一张信用卡的一半大小，功耗不到1 瓦，方便将其集成到自己的设备中。
* ETORS232 内部集成TCP/IP 协议栈，用户不再花费很多的精力放在TCP/IP 协议编程上面，可以轻易的将用户的产品接入到以太网。
* 10M Ethernet接口，最大波特率为115200 bps。
* 支持动态(DHCP) 或静态获取IP地址。
* 支持三种不同的网络连接模式：TCP SERVER模式、TCP CLIENT模式和UDP模式。
* 可以方便的使用Windows 应用程序NetConfig，进行网络参数的查看和配置。

PIC18F66J60特性介绍

PIC18F66J60是microchip公司新推出的一款以太网微控制器，具有出色的计算性能、丰富的功能集以及极具竞争力的价格。

PIC18F66J60包括一系列串行通信外设，包括多至2个的独立增强型USART 和多至2个的主控SSP 模块，能够进行SPI 和I2C? （主控和从动）模式操作。此外，通用I/O 端口中有一个可重新配置为8 位并行从动端口，用于进行直接的处理器间通信。该系列的所有器件都包括2个捕捉/ 比较/PWM (CCP) 模块和3个增强型CCP （ECCP）模块，可方便灵活地实现控制应用；在同一时间，最多可以使用4 种不同时基来执行几项不同的操作；3个ECCP 模块中的每一个最多都可提供4路PWM 输出，从而总共可有12 路PWM；ECCP 模块还提供许多有用功能，包括极性选择、可编程死区延时、自动关闭与重启，以及半桥与全桥输出模式。

PIC18F66J60 系列器件都具有嵌入式以太网控制器模块。这是一个完整的连接解决方案，完全实现介质访问控制和物理层收发器模块。只需使用两个脉冲变压器和一些无源元件就可以将单片机直接与以太网相连。

它的以太网模块符合IEEE 802.3 中所有关于双绞线网络10-BaseT 连接的规定。它在内部实现了一些数据包过滤机制，用以限制传入的数据包。它还提供了一个用于实现快速数据吞吐的内置DMA 模块，以及硬件IP 校验和计算。另外还提供了两个用于指示链路和网络活动的LED 输出。

以太网模块包含以下五个主要功能模块：

1. PHY收发器模块——对传输双绞线接口上的模拟数据进行编码和解码，并通过网络发送和接收它。
2. MAC 模块——实现了符合IEEE 802.3 规范的MAC 逻辑，并提供了用以控制PHY 的MIIM（Media Independent Interface Management）。
3. 独立的8 KB RAM 缓冲区——用于存储已经接收和将要发送的数据包。
4. 判优器——在单片机内核、DMA、发送和接收模块发出请求时，控制对RAM 缓冲区的访问。
5. 寄存器接口——用作以太网模块和单片机特殊功能寄存器（SFR）之间命令和内部状态信号的译码器。

以太网模块框图

主要参数：

网络类型 10M 以太网；隔离保护 1.5KV 隔离；接口类型 RJ45
* 串行通信口参数：
信号连接线 RxD，TxD，GND；数据位 8 位，无校验、停止位 1 位；速率 1200bps ~ 115.2Kbps
* 网络特性：
支持协议 ICMP, ARP, IP, TCP, UDP, DHCP；运行方式 UDP, TCP Server, TCP Client
* 电源参数：
输入电压 5V DC +/- 5%；最大输入电流 200mA
* 机械特性：
尺寸（长x 宽x 高） 80 x 36 x 15 mm

应用范围

* 工业自动化（测量、传输设备）
* 医疗保健设备（生命指标监控仪 ）
* 楼宇自动化/楼宇安全系统（读卡系统、防火安全）
* 信息家电系统（网络热水器，网络冰箱）
* 销售网络终端系统（POS 机）

系统原理框图

系统内嵌TCP/IP协议栈，使用单芯片完成协议转换功能，这大大降低了系统成本和复杂程度。系统运行后，单片机运行Microchip的TCP/IP协议栈，当通信串行口有数据接收时，单片机接收数据并将其转换为以太网的数据格式并从以太网送出；当以太网有数据接收时，单片机接受数据并将其数据包中的有效数据提取出并从串口送出。

系统工作模式

通信软件流程框图

各状态说明：

　　SM_APP_INIT： 起始状态，进行

初始化，并根据参数设置进入相关状态。
　　SM_APP_ARP_ASK: 向远端主机发出地址解析包，根据IP 地址请求对应的的网络地址。
　　SM_APP_ARP_RESOLVE: 接受远端主机发出地址解析包，设置远端主机的网络地址。
　　SM_APP_UDP_SOCKET: 建立UPD 连接。
　　SM_APP_UDP: 进行UPD连接模式下的数据接收和发送。
　　SM_APP_TCP_SERVER_SOCKET: 建立TCP SERVER 模式下的TCP 连接，并处于监听状态。
　　SM_APP_TCP_SERVER: 进行TCP SERVER 连接模式下的数据接收和发送。
　　SM_APP_TCP_CLIENT_SOCKET: 建立TCP CLIENT 模式下的TCP 连接，并向主机发送连接请求。
　　SM_APP_TCP_CLIENT: 进行TCP CLIENT 连接模式下的数据接收和发送。
　　SM_APP_ERROR: 空状态，用于程序的调试。

参数配置方法

该系统使用NetConfig 应用软件进行模块的参数配置。NetConfig运行后，首先会以广播的方式查找网络上的模块，当模块被查找到之后，用户可对其连接模式、MAC地址、IP地址、端口地址、远端主机IP 地址、远端主机端口地址、串口速率、DHCP是否有效等进行配置。

结语

基于PIC18F66J60的Ethernet 至 RS-232 的协议转换器，以八位机实现了协议转换功能，与市场同类产品相比较，具有更低成本、更低功耗、性能优越的特点。用户利用它可以轻松实现嵌入式设备的网络功能，不需要了解复杂的网络知识以及TCP/IP 协议，节省人力物力和开发时间，使产品更快的投入市场，增强竞争力。此外，高集成度使芯片以外的收发部件极少，节约了相当大的印制板空间，降低了组件成本。在实际运用中，只需将此模块安装于被控设备，即可将原有设备无缝的接入Ethernet，构成新的网络控制系统，实现网络自动化程度的大幅提升。

参考文献：
1、PIC18F97J60 Family Data Sheet
2、AN833.The Microchip TCP/IP Stack
3、AN870.An SNMP Agent for the Microchip TCP/IP Stack