以太网控制芯片W5100的存储装置设计

摘要：利用MSP430系列单片机直接控制以太网控制芯片W51000进行数据传输和存储，给出了系统的工作原理、硬件连接和软件实现方法。该装置通过双绞线与计算机相连，可以实现远距离、快速的数据传输及存储。
关键词：W5100；MSP430；数据存储

引言
网络的开放性和全球化，促进了人类知识的共享和经济的全球化。以太网技术以其灵活方便的连接方式、良好的开放性、高效、成本低等优点，电感器生产已经广泛地应用于各种计算机网络，并且还在不断地发展。目前，网络技术在电子产品中的应用越来越广，更多的设备需要提供网络接口，以方便与外部互联通信。
随着技术的不断发展，越来越多的测试系统、控制机构等都需要实时地、快速地并且远距离地传输数据。传统的存储装置利用RS232、RS485等串口，数据传输速率非常有限，面对大数据量实时传输的要求显得无能为力。现在流行的USB总线可以达到非常高的传输速率，但传输距离有较大的限制。利用以太网接口实现快速、远距离的数据传输和存储是一种非常好的解决方法。

1 系统硬件设计
系统结构框图如图1所示。该存储装置由双绞线接口RJ45口、以太网接口芯片W5100、TI公司的MSP430系列单片机MSP430FG4618、电源模块、串口读数口等组成。计算机通过自身的网卡及网线与该存储设备相连。RJ45口采用集成网模压电感器临安电感厂络变压器的13F-60FGYDPNW2NL，可以减少硬件平台的面积，并且使连接更方便。这种网口自带两个小灯，可以直观地显示双绞线的连接情况和数据的传输情况。

1．1 W5100的接口设计
1．1．1 W5100简介
差模电感W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10／100M以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的Internet连接。W5100与IEEE802．310BASE-T和IEEE802．3u 100BASE-TX兼容，内部集成了全硬件的TCP／IP协议栈、以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)。W5100内部还集成有16 KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口(Socket)编程。
W5100的主要特性如下：支持自动通信握手(全双工和半双工)；支持自动MDI／MDIX，自动校正信号极性；支持ADSL连接(支持PPPoE协议中的PAP／CHAP认证模式)；支持4个独立端口同时运行；不支持IP的分片处理；内部16 KB存储器用于数据发送／接收缓存；3．3 V工作电压，I／O口可承受5 V电压；80脚LQFP小型封装模压电感；支持SPI接口(SPI模式O、3)；多功能LED信号输出(TX、RX、全双工／半双工、地址冲突、连接、速度等)。
通信模式可选为自动识别，或者强制设定为10BASE-T／100BASE-TX、HDX／FDX等设置的组合通信方式。芯片还提供了许多接口用于接发光二极管，包括Tx(发送)、Rx(接收)、Full／Duplex(全／半双工)、Collision(冲突)、Link(连接)、Speed(速度)的指示灯，以显示芯片的当前工作态。
1．1．2 W5100的接口电路
W5100和单片机的接口如图2所示。W5100的数据线SD0～SD7直接与单片机的通用I／O口相连。读信号线、写信号线、片选信号、中断信号INT分别与单片机的通用I／O引脚相连。W5100上的复位引脚采用低电平复位，至少要保持20 ms的复位时间，此处采用阻容电路对其进行复位。调节电阻值到10 kΩ，电容值到10μF。

W5100供电电压为3．3 V和1．8 V，其中1．8 V可由芯片内部线性稳压电源产生，外接滤波电路后供回芯片。W5100通过异步数据地址等接口与单片机相接。芯片的以太网物理单元通过接收RXIP／RXIN和发送TXOP／TXON，将网络接口RJ45和双绞线接入到计算机当中。

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