51单片机的远程监控系统相关问题深入

　　引 言

　　当前电子世界中的研究热点是以单片机为核心的嵌入式系统接入以太网，并通过网络对它们进行远程监控。在工业控制、信息家电等应用领域，存在大量的嵌入式设备，而这些设备很多只有串口、CAN总线等简单的网络接口，通信能力有限，有的甚至处于孤立运行状态。TCP/IP在Intemet 和大多数局域网中的成功应用，已经证明了其强大的功能。如果实现TCP/IP协议和嵌入式系统的结合，嵌入式系统联网问题就能得到有效解决。目前，嵌入式系统联网主要三种方案如下：

　　①采用32位MCU+实时操作系统，高档MCU功能强大，可以实现复杂操作，但需要有RTOS支持，这种方案的成本和对开发人员的要求较高;

　　②EMIT，以PC或其它高档计算机为网关，将CAN、RS-232 等设备接入重量级网络;

　　③采用Scenix的8位MCU，加上虚拟软件包，实现多任务操作系统，运行TCP/IP协议栈。

　　本文提出的基于网络单片机的嵌入式远程监控系统方案，可以实现串口、CAN总线等轻量级网络和以太网的互连。该方案具有体积小，性价比高的特点。

　　1 系统的组成

　　基于网络单片机的嵌入式远程监控系统由主控制器、以太网接入模块、CAN网络接入模块、1-Wire网络、串口网络、存储器电路、实时时钟、电源 模块和监控电路等功能模块组成。其原理框图如图1所示。

　　(1)主控制器

　　采用原Dallas公司的高性能51内核的网络单片机Ds80C400，内部集成了1个10/100M以太网控制器(MAC)，3个通用全双工串 口，1个CAN2.0B控制器，1个1.Wire控制器。MCU内部64KB的ROM程序中包含完整的TCP/P V4/6协议栈;可访问16MB存储空 间;具有专门的低位地址口;4个数据指针;有2x/4x时钟加倍器，最高工作频率可达75MHz。

　　(2)以太网接入模块

　　利用集成的MAC，通过物理层器件PHY和以太网相连;MAC具有标准的媒体无关接口MII。设计中PHY采用具有自动协商功能的 DP83846A，外接网络变压器20F001N。在工作过程中，可以通过MII管理总线设置工作模式。PHY和以太网控制器的连接如图2所示。

　　MAC具有专门的接收发送缓冲区，可以通过MOVX进行访问;MAC还具有缓冲区控制单元BCU、命令/状态寄存器CSR、地址检测模块、电源管 理单元等组成，主要由BCU负责以太网的收发活动，减少了CPU的参与，保证了以太网收发的效率。

　　(3)CAN网络接入模块

　　通过集成的CAN2.0B控制器，外接CAN收发器和CAN网络相连。设计中使用的是TI的SN65HVD230，它具有低成本、低功耗的特点。

　　(4)1-Wire网络

　　通过1一Wire总线控制器和1-Wire只读存储器DS2502-E48相连，给以太网控制器提供物理地址(MAC地址)。