网络通信接口 - 基于EPA与IEEE802.15.4两用手抄器的设计

　　在设计中采用网络通信接口接入工业以太网，数据由以太网传递到上位机中，实现工业现场的无线设备和上位机的通信。在实际的设计过程中，我们采用HR61H50L作为网络隔离器，采用AX88796作为网卡芯片。

　　AX88796是***Asix公司的NE2000兼容快速以太网控制器。其内部集成有10/100 Mb/s自适应的物理层收发器和8K×16位的SRAM，支持MCS-51系列、80186系列以及MC68K系列等多种CPU总线类型。AX88796执行的是基于IEEE802.3/IEEE802.3u 局域网标准的10Mb/s和100Mb/s以太网控制功能，并提供IEEE802.3u兼容的媒质无关接口MII，用以支持在其它媒质上的应用。AX88796的地址总线SA[9:0]与数据总线SD[15:0]分别与CPU的地址/数据总线相连。CPU通过I/O读写NE2000寄存器来控制AX88796的工作状态，通过远程DMA FIFOs与AX88796的内部缓存SRAM进行数据交换。SRAM与MAC核之间进行Local DMA将数据发送至MAC层，再经由内部的PHY层发送至RJ45接口，或者经过MII接口送至外部的物理层芯片。SEEPROM接口可以用来连接串行EEPROM。EEPROM可用于存储MAC地址，供AX88796每次初始化时读取。

　　电源

　　由于此手抄器用于两种不同的协议，实际设计中使用了两套电源管理系统，并进行了特殊处理，避免了其中一套供电时对另一套电源造成影响。

　　当手抄器用于工业以太网的一致性测试时，电源采用的是以太网供电设备，该设备采用符合802.3受电设备标准，输出标准的+24V，经过LM2576-5、AS1117-1.8和AS1117-3.3电源芯片，电平转换后，输出手抄器上的CPU、存储器、网卡芯片、智能显示终端上所需的1.8V和3.3V电源。

　　当手抄器用于工业无线系统中，电源采用的是电池供电，普通的手机电池即可。电池输出电压经过TPS60110、TPS60100电源芯片，电平转换后，输出手抄器上的CPU、存储器、网卡芯片、智能显示终端终端和无线通信模块上所需的工作电压。

　　JTAG调试接口

　　这里使用JTAG调试接口主要是为了调试显示终端、无线通信模块、CPU和上位机之间的通信，及测试其通信性能。

　　键盘接口

　　自主设计了一个6×4矩阵键盘。如图2所示。键盘的行连接在CPU的6个PIO引脚上，配置为输出;列连接在4个能够产生终端的引脚上，配置为输入。由于上拉电阻的作用，在空闲模式下，这些引脚为高电平状态。当有按键按下时，列引脚为低电平状态，列引脚的下降沿引起中断。处理器进入PIO中断子程序，并打开定时器。定时器溢出后，进入定时器中断子程序，以判断是否确实有键按下，是哪个键按下。定时器设置为波形模式，RC比较中断，中间溢出由RC比较寄存器的直和所选择的时钟沿决定。可有软件复位和定时器启动。

　　初始化：列PIO配置为输入，行PIO配置为输出，且输出为0; 列PIO打开中断，初始化该中断;使能PIO时钟;初始化定时器中断。

　　PIO中断子程序：键盘扫描前，所有的行输出为0，当有键按下，与其对应的列电平为0，引起PIO中断。为了避免毛刺噪声的影响，需要启动定时器延时判断。设延时时间为20ms(31250个tick) 。

　　图2 AR91M40008与键盘连接图

　　定时器中断子程序：定时器溢出后，开始第二次扫描，判断是否有键按下，如确实有键按下，PIO引脚为低电平的列即为按键按下的列。然后再将PIO设置为输入状态，所按下的键的行输入状态该为高电平，因此判断具体是哪个键按下。

　　智能显示终端

　　根据实际应用的要求，选用了一款***奇美的3.5寸的TFT彩色显示屏。为了便于管理，所设计手抄器采用了AT91R40008，但是这款CPU不带有LCD驱动，没法直接驱动显示屏，因此选用了一款工业标准的M600系列模组来驱动TFT显示屏。

　　M600能够实现 “TFT显示驱动”和“文本和图像处理接口函数”以及一部分“用户应用程序”。它集成了显示驱动、1MB显存、128MB Flash，其中最大32MB 用户数据库，方便了实际测控系统的数据存储应用。采用的是串口的方式和用户系统连接，使用过程中只要3根线(+3.3V、GND、RXD)就可以把M600接起来点亮一个TFT屏，方便了本手抄器的以后的改进设计。M600采用的是统一的指令集，我们可以通过软件设置来适应不同分辨率的显示屏，在工业现场中如果需要更换显示屏，只需修改极少量的代码，就可以完成手抄器的更新换代。