单片机嵌入式网络技术以及系统开发与实现

苏燕　张建平　阮莹　曹成虎

【摘要】：在我国计算机技术水平不断发展基础上，单片机嵌入式技术的应用已经逐渐广泛，如果实现单片机嵌入式和互联网的有效结合，更有助于显著提高单片机嵌入式系统的应用空间，促进两者的共同发展。本文则对单片机嵌入式互联网技术以及系统开发展开探讨。

【关键词】：单片机；嵌入式；互联网技术；系统开发

中图分类号： TN91 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

近些年，基于单片机的嵌入式系统获得广泛应用，具体包括应用于工业与智能仪器中的安防系统、探测系统以及信息家电等环节，若将因特网连接在嵌入式系统中，则可通过互联网实现远程信息的监测、传达与控制，由此就增加了嵌入式系统设计与开发机遇。本文则对单片机嵌入式互联网技术以及系统开发展开探讨。

1关于单片机嵌入式互联网计入技术的理论分析

互联网通信期间，存在大量TCP协议簇，占据较大系统资源量，若仅仅为单一选择单片机，则会由于有限的单片机资源特点，导致因特网IP/TCP协议簇无法实现有效容纳。因此，若要使单片机嵌入式网络技术得以实现，关键就是利用单片自身资源处理信息，以此确保信息可以转变为通过因特网实现传输功能的数据包。从嵌入式网络系统进行分析，计算机技术的应用提升了系统的性能，提高了系统的工作效率，而将单片机技术在嵌入式网络系统中进行应用，则可以进一步的提升系统的性能，并提高系统的稳定性和可靠性。单片机在嵌入式网络系统中的应用，可以实现嵌入式网络系统的多机通信性能等，通过计算机技术、单片机，实现远距离传输通信[2]。在当前的通讯设备和通信技术发展的过程中，计算机技术、单片机技术等的应用，实现了对单片机技术的应用，课提升了嵌入式网络系统的性能，为此推动了我国国民经济的发展，也进一步的满足了人们对通信系统性能的需求。

2系统性介绍单片机与网卡接口电路

2.1系统设计方案

该系统所选单片机是价格较为偏远、应用较为广泛的MCS8051单片机系列，所选网卡为以太网控制器芯片。由于因特网网络协议程序代码比较大，因此除单片机与网卡外，系统还必须加设相关外围电气，所加设外围电气具体有RAM存储器与RS232接口，其中RS232接口关键是外围设备与单片机展开数据交互的相关接口，RAM存储器则扮演着数据缓存器的角色，该系统功能设计见图1。

单片机在该系统内部的作用主要为对因特网中的数据与封包串口内部数据进行解包，由此就会采用因特网物理媒介向以太网控制芯片中传输，以太网控制芯片完成地址接线协议，会转接至单片机中，此时的单片机会对TCP/IP的协议予以执行，并消除TCP/IP报头，并在RS232接口中向采集数据系统的相关现场设备移交数据，若为现场设备对数据进行接收，并向单片机传输，则单片机会根据TCP/IP协议展开封包，向以太网控制器芯片传输数据，通过网卡芯片可以向因特网中传输，选择该方式的因特网与单片可实现彼此数据交换，由此就可使网络远程控制采集数据系统得以实现。

2.2发挥网卡与单片机接口电路在系统中的作用

单片机嵌入式互联网系统中，核心环节为单片机，因此，网卡与单片机接口发挥着极为重要的作用。本研究所阐述的系统所选单片机为8051系列，因为该单片具有较为广泛的应用范围，而且价格也比较低，除此之外，该单片机本身也存在较为简单的结构，在工业设备中可以在很大程度上降低系统成本，而且在编写8051系列单片机过程中也较为简单，便于程序调试。

2.3其他结构的设计

在基于单片机技术的嵌入式网络系统的设计中，除了以上的设计之外，还需要的服务端和客户端的电路进行设计，对系统的整体功能模块进行设计等。服务端和服务机、客户端的客户机其采用的是不同的电路，但是却是连接在一个电路板上的，客户机采用的电路，需要编址，而服务机不需要编址，其有一个固定的地址，所以不需要部分的电路[6]。

3单片机中TCP/IP协议栈的实现

因特网中，TCP/IP协议为最为核心与根本的协议，若要在单片机内部有效实现嵌入式因特网技术，则就应该使因特网中的TCP/IP协议得以实现，然而，由于单片机本身具有有限的资源，因此所想使因特网TCP/IP协议完全实现可能性较小。当前有一些企业基于嵌入式设备的差异性，将大量商业嵌入式协议栈设计出来，其通用性相对比较差，且费用也比较高。若在对单片机嵌入式网络系统进行设计过程中选择TCP/IP协议栈，则该系统则具有较低的性价比，通过对比TCP/IP协议栈后，该研究所提出的系统设计核心为TCP/IP协议栈的UIP0.9，该协议栈在8/16位单片机中较为适用，为小型嵌入式协议栈，而且在实际设计过程中，UIP0.9主要选择模块化，对网络通信过程中必须适用的协议机制进行有效保留在很大程度上减少了协议代码量，该协议也会降低系统资源实际要求。所以，TCP/IP协议栈能够有效适应单片机嵌入式网络系统。

4关于单片机主程序的系统性介绍

添加底层设备驱动模块与应用服务模块完成后，对UIP进行有效配置后，编写系统主体结构的过程其实就是在编写单片机主程序函数，在编写单片机主程序函数时，必须依照用户实际需求展开，对本研究所提到的单片机嵌入式网络系统而言，关键在于通过以太网，再与因特网相接入，以此使WEB实际应用得以实现。单片机主程序本身包括对系统初始化进行启动的工作，完成初始化工作后，会持续性查询主程序。由于TCP/IP协议栈编写期间主要是采用C语言的方式完成，因此，为确保单片机与协议栈可以便于交换数据，应该在编写单片机主程序期间通过C语言编写。

总而言之，在我国计算机技术水平不断发展基础上，单片机嵌入式技术的应用已经逐渐广泛，如果实现单片机嵌入式和互联网的有效结合，更有助于显著提高单片机嵌入式系统的应用空间，促进两者的共同发展。

参考文献：

[1] 蒋俊.基于PIC单片机的网络嵌入式系统研究[D].湖南师范大学，2009：15-16.

[2] 李红涛，华实.单片机嵌入式Internet技术研究及系统开发探讨[J].电子制作，2014，（8）：174-174，171.

[3] 曹炯清，李文池.物联网中嵌入式单片机系统实现WSN的IP传感器结构设计[J].制造业自动化，2011，33（23）：139-141.

[4] 季照平.基于单片机ARM嵌入式技术的数控系统的开发研究[J].轻工科技， 2015（11）：124-125.

[5] 代礼前.基于PlC18F2455单片机的网络嵌入式系统设计与实现[J].新技术新工艺， 2012（7）：71-73.

作者简介：

苏燕，1981年6月， 女，汉族： 郑州，硕士研究生，毕业院校：河北工业大学，

中级工程师 ，研究方向：嵌入式应用 单位：河南师范大学新联学院

张建平，1984年，女，汉族，安徽安庆，本科，毕业院校：郑州大学，助教，单位：河南师范大学新联学院

阮莹，1985年，女，汉族，河南南阳，硕士研究生，毕业院校：河南科技大学，讲师，单位：河南师范大学新联学院

曹成虎，1987年，男，汉族，河南郑州，硕士研究生，毕业院校：福州大学，单位：河南师范大写新联学院