基于51单片机的网口串口转换模块设计

时磊+杨帆

摘要：随着人民生活水平的不断提高和科学技术的不断进步，更加智能化和信息化的电器走进千家万户，基于电器网络化的思想，本文提出了基于51单片机的网口串口转换模块，并对模块的组成进行了介绍，最后在实践中进行应用，取得了良好的效果，具有一定的推广前景。

关键词：单片机；RTL8019AS；X5045；以太网

中图分类号：TP393.05 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0011-03

近年来，互联网迎来了日新月异的发展，不仅其用户日趋增多，且其技术的革新也越来越频繁，从复杂的仪器仪表到生活中常见的小型电器，都通过各种手段搭上了互联网的便车，以此来共享网络中丰富的信息资源。但因网络设备生产厂家至今没有形成统一的生产标准，而大部分电子设备都配有RS-232串口，因此互联互通可通过串口转换来实现，本文设计了一种基于51单片机的网口串口转换方法，实现网络互联。

1 模块组成

网口串口转换模块由单片机最小系统、单片机管理模块、单片机与串口接口模块和单片机与网口接口模块构成，如图1所示。

单片机最小系统由单片机、振荡器电路、复位电路和电源组成。它是单片机系统工作所必须的基础部件，可以使用市面上常用的51系列单片机，振荡器电路、复位电路和电源都可以选用最常用的设计方案，在单片机最小系统的基础上，通过增加其它功能模块，来达到扩展功能的目的。

单片机管理模块是转换模块的管理与控制中心，以X5045芯片作为单片机管理模块的核心，它不仅为单片机提供复位信号，还用来存储以太网的IP地址、MAC地址和子网掩码等数据，可以通过单片机控制X5045芯片进行读或写操作，与单片机接口电路如图2所示[1]。

2 单片机与网络接口模块设计

利用廉价的51单片机控制以太网控制芯片RTL8019AS来实现以太网功能，使得用户可以通过网络来达到共享信息资源的目的。

2.1 以太网协议简介

按其功能共分为七段，以太网的信息格式如表1所示[2]。

其中，数据段（DATA）为承载数据信息，分配较长的46～4500byte，其他段分配固定的字节来实现对应的功能。在以太网传输中，单个传输数据包的长度必须在60byte到1514byte之间（其中14byte为目的地址、源地址、类型），当传输的数据不足60byte时，需要填充字符；超过1514byte时，需拆分成多个数据包来传输。同步位、分隔位以及帧校验序列字段在传输时均由以太网控制器自动填充，在接收端，通过控制器检测同步位和分隔位来实现接收数据。

2.2 RTL8019AS以太网控制器简介

RTL8019AS是一款产于台湾、价格低廉、性能优良、使用广泛的以太网控制器。其主要特点及性能有[3]：

（1）符合EthernetII与IEEE802.3标准（10Base5、10Base2、10BaseT）；（2）全双工模式，速率10Mbps（收发两端同时）；（3）配置了专用于缓冲收发的数据的SRAM（16KB），大大降低了主处理器的工作负荷，能够实现单片机与以太网通信的功能。

2.3 以太网接口电路设计

编写程序利用51单片机控制RTL8019AS，实现其以太网功能，使其可与RJ-45接口互联互通。主要器件有：RTL8019AS、74HC573（8位锁存）、62256（32K字节的RAM）、LPF滤波器，如图3所示[4]。

单片机实现以太网功能，首先在程序初始化时，对单片机管理模块X5045进行配置，设定以太网的IP地址、MAC地址和子网掩码，这些数据可以通过串口与计算机连接，用软件进行更改。在RTL8019AS初始化时，寄存器CONFIG1的值设置为00H，其用于选择I/O基地址的低4位IOS3～0为0，RTL8019AS地址位为：00300H～0031FH，共20位，其I/O基地址为300H。利用ADDR15、I/OW、I/OR可将RTL8019AS和62256的地址空间划分开，ADDR15接62256的CE脚，低电平时选择62256；高电平时选择RTL8019AS的地址空间[5]。地址总线的连接方式如图3所示，在程序中分配8000H～801FH作为RTL8019AS的地址空间，51单片机的地址为16位。

其网络接口的电路连接方式如：在RTL8019AS中的10BASE-T收发器的基础上，外接一个隔离LPF滤波器，TPIN±为接收线，TPOUT±为发送线，对应RJ-45接口的RX±、TX±端。时钟电路通过T1、T2接一个20MHZ晶振以及2个电容，实现全双工方式。LED0、LED1为通讯显示接口，利用发光二极管来实时反映数据传输结果：LED0表示通讯故障：LED1表信息传输正常。

3 单片机与串口接口模块设计

RS-232C串口现已内置在大多网络设备中，比如计算机就采用了标准的RS-232C串口，但是51单片机的输入、输出电平为TTL电平，要实现两者的互联互通，需要进行相应的电平转换。根据需求，现设计基于MAX232电平转换芯片的转换模块，从MAX232芯片中两路发送接收中任选一路作为接口，若T1IN接单片机的发送端TXD，则计算机的接收端RXD一定要对应接T1OUT引脚，同时，R1OUT接单片机的RXD引脚，计算机的RS-232C的发送端TXD对应接R1IN引脚[6]。其接口电路如图4所示。

4 结语

此网口串口转换模块已在实践中得到应用，收到了良好的效果，该模块不仅可以实现以太网的基本协议，包括ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等数据通信协议，而且只要稍做改造，便可以与RS-422、RS-485等串口进行网口转换，显示出了功能强大，易于扩展，应用范围广的特点，具有一定的推广前景。

参考文献

[1]何立民.MCS—51 單片机应用设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[2]赫尔德·吉尔伯特.以太网（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2000.

[3]REALTEK半导体公司.RTL8019AS用户手册[Z].2000.

[4]温阳东，何瑄，邓箐.基于RTL8019AS 的以太网接口单元研究[J].仪器仪表用户，2006，（3）：84-85.

[5]李章林，张立民.TCP/IP 在51 单片机上的实现特点和方法[J].南开大学学报，2003，（8）：77-79.

[6]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.endprint