本文介紹了帶有行業(yè)標準串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface，SPI）的獨立以太網(wǎng)控制器ENC28J60 在AVR單片機接口開發(fā)設(shè)計中的應用，以及單片機控制ENC28J60的程序及計算機與ENC28J60進行網(wǎng)絡(luò)通信的有關(guān)程序設(shè)計段。

一、概述

帶SPI接口的ENC28J60由七個主要功能模塊組成：1. SPI 接口：充當主控制器和ENC28J60 之間通信通道；2. 控制寄存器：用于控制和監(jiān)視ENC28J60；3. 雙端口RAM緩沖器：用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包；4. 判優(yōu)器：當DMA、發(fā)送和接收模塊發(fā)出請求時對RAM 緩沖器的訪問進行控制；5. 總線接口：對通過SPI 接收的數(shù)據(jù)和命令進行解析；6. MAC （Medium Access Control）模塊：實現(xiàn)符合IEEE 802.3 標準的MAC 邏輯；7. PHY（物理層）模塊——對雙絞線上的模擬數(shù)據(jù)進行編碼和譯碼。該器件還包括其他支持模塊，諸如振蕩器、片內(nèi)穩(wěn)壓器、電平變換器（提供可以接受5V 電壓的I/O 引腳）和系統(tǒng)控制邏輯。

二、器件結(jié)構(gòu)接口示意框圖

ENC28J60 中所有的存儲器都是以靜態(tài)RAM 的方式實現(xiàn)的。ENC28J60 中有三種類型的存儲器：控制寄存器、以太網(wǎng)緩沖器和PHY寄存器，控制寄存器類存儲器包含控制寄存器（Control Register，CR）。它們用于進行ENC28J60 的配置、控制和狀態(tài)獲取。可以通過SPI 接口直接讀寫這些控制寄存器。PHY 寄存器用于進行PHY 模塊的配置、控制和狀態(tài)獲取。PHY 寄存器用于進行PHY 模塊的配置、控制和狀態(tài)獲取。不可以通過SPI 接口直接訪問這些寄存器，只可通過MAC 中的MII （Media Independent Interface）訪問這些寄存器。

ENC28J60的接口示意框圖如圖1所示：

三、工作原理

如圖1所示，在ENC28J60中接口SO、SI、SCK和CS可與許多單片機（本遠程監(jiān)控系統(tǒng)中使用單片機的是ATMEGA1280-16AU）上的串行外設(shè)接口SPI（如圖2中PB0、PB1、PB2和PB3）直接相連。另外，在ENC28J60的SPI 端口要求SCK 在空閑狀態(tài)時為低電平，并且不支持時鐘極性選擇。在SCK 的每個上升沿移入數(shù)據(jù)，命令和數(shù)據(jù)通過SI 引腳送入器件。ENC28J60 在SCK 的下降沿從SO 引腳輸出數(shù)據(jù)。當執(zhí)行操作時CS 引腳必須保持低電平，當操作完成時返回高電平。

主機和從機之間的SPI 連接系統(tǒng)包括兩個移位寄存器和一個主機時鐘發(fā)生器。通過將需要的從機的 SS 引腳拉低，主機啟動一次通訊過程。主機和從機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應的移位寄存器。該移位寄存器可存儲8位二進制數(shù)，主機在SCK 引腳上產(chǎn)生時鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機的數(shù)據(jù)從主機的MOSI 移出，從從機的MOSI 移入；從機的數(shù)據(jù)從從機的MISO 移出，從主機的MISO 移入。主機通過將從機的SS 拉高實現(xiàn)與從機的同步。如圖3所示：

配置為SPI 主機時， SPI 接口不自動控制 SS 引腳，必須由用戶軟件來處理。對 SPI 數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)即啟動SPI 時鐘，將8 比特的數(shù)據(jù)移入從機。傳輸結(jié)束后SPI 時鐘停止，傳輸結(jié)束標志SPIF 置位。如果此時SPCR 寄存器的SPI 中斷使能位SPIE 置位，中斷就會發(fā)生。主機可以繼續(xù)往SPDR 寫入數(shù)據(jù)以移位到從機中去，或者是將從機的SS拉高以說明數(shù)據(jù)包發(fā)送完成。最后進來的數(shù)據(jù)將一直保存于緩沖寄存器里。

配置為從機時，只要SS 為高，SPI 接口將一直保持睡眠狀態(tài)，并保持MISO 為三態(tài)。在這個狀態(tài)下軟件可以更新SPI 數(shù)據(jù)寄存器SPDR 的內(nèi)容。即使此時SCK 引腳有輸入時鐘，SPDR 的數(shù)據(jù)也不會移出，直至SS 被拉低。一個字節(jié)完全移出之后，傳輸結(jié)束標志SPIF置位。如果此時SPCR寄存器的SPI中斷使能位SPIE置位，就會產(chǎn)生中斷請求。在讀取移入的數(shù)據(jù)之前從機可以繼續(xù)往SPDR 寫入數(shù)據(jù)。最后進來的數(shù)據(jù)將一直保存于緩沖寄存器里。

SPI 系統(tǒng)的發(fā)送方向只有一個緩沖器，而在接收方向有兩個緩沖器。也就是說，在發(fā)送時一定要等到移位過程全部結(jié)束后才能對SPI 數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作。而在接收數(shù)據(jù)時，需要在下一個字符移位過程結(jié)束之前通過訪問SPI 數(shù)據(jù)寄存器讀取當前接收到的字符。否則第一個字節(jié)將丟失。

四、網(wǎng)絡(luò)編程以及程序?qū)崿F(xiàn)

本文以調(diào)諧器為例進行說明，使用iccavr-v7.17b軟件對單片機ATMEGA1280-16AU進行編程，其中在protocol.c中需要對主控制器的網(wǎng)絡(luò)通信IP地址、子網(wǎng)掩碼等進行初始化，如

電腦端接收字節(jié)數(shù)據(jù)的程序段如下：

電腦端接收字節(jié)數(shù)據(jù)的程序段如下：