新型以太网控制器ENC28J60及其接口技术

所有的供电引脚(VDD、VDDOSC、VDDPLL、VDDRX、VDDTX)必须接在外部的同一个3.3 V电源上；同理，所有的地(VSS、VSSOSC、VSSPLL、VSSTX)必须接在同一个外部地上。每个供电引脚和地之间应当接1个0.1 μF的陶瓷电容去耦（电容要尽可能接近供电引脚）。

驱动双绞线接口需要较大的电流，所以电源线应尽可能宽，与引脚的连接尽可能短，以降低电源线内阻的消耗。

2.6 输入输出电平

ENC28J60是一个3.3 V的CMOS器件，但它设计得非常容易统一到5 V系统中去：SPI、CS、 SCK、SI输入和RESET引脚一样，都可承受5 V电压。当SPI和中断输入与3.3 V驱动的CMOS输出不兼容时，可能需要一个单向的电平转换器。74HCT08 (四与门), 74ACT125(四三态缓冲器)和许多具有TTL电平输入的5 V CMOS缓冲器芯片都可以提供所需的电平转换。

2.7 LED配置

LEDA和LEDB引脚在复位时支持极性自动检测。既可直接驱动LED，又可灌电流驱动。复位时ENC28J60检测LED的连接，并按照 PHLCON寄存器的默认设置来驱动。运行过程中的LED极性转换直到下一次系统复位后才能被检测到。LEDB的连接比较特殊，在复位过程中检测它的连接，决定如何初始化PHCON1寄存器的PDPXMD位。如果LEDB直接驱动LED，则PHCON1.PDPXMD位被清零，PHY工作在半双工模式；如果LEDB吸收反向电流点亮LED，则PHCON1.PDPXMD被置位，PHY工作在全双工模式；如果LEDB没有连接，则 PHCON1.PDPXMD复位后的值不确定。这时主控制器必须适当设置该位，以使PHY工作在所需的状态(半双工或全双工)。

3 软件接口

3.1 SPI接口

SPI接口( Serial Peripheral Interface )是一种同步、全双工串行接口，基于主从配置，是一个4线接口——主出/从入(MOSI)，主入/从出(MISO)，串行时钟(SCK)，从机选择(SSEL)。

在同一总线上可以有多个主机或者从机，但同一时刻只能有一个主机和一个从机能够进行通信。在一次数据传输过程中，数据是同步进行发送和接收的：主机向从机发送1字节数据，从机也向主机返1字节数据。数据传输原则上是全双工的；但实际上，大多数情况下只有一个方向上的数据流包含有意义的数据。

SPI格式的主要特性是SCK信号的无效状态和相位，数据传输的时钟由主机提供。常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位 (CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于从机输出数据位的时钟相位。CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。
取决于CPOL和CPHA的设置不同，SPI共有4种模式，如表1所列。

　　表1 SPI的4种模式

　　?

3.2 ENC28J60与单片机的连接

ENC28J60与微控制器MCU的连接是通过SPI实现的，支持10 Mbps。对于没有SPI接口的芯片可通过用I/O口模拟SPI接口的方式实现。ENC28J60仅支持SPI模式0,0。

微控制器可通过SPI接口发送命令，访问ENC28J60的寄存器或读写接收/发送缓冲区，完成相关操作。复位也可通过SPI接口由软件实现，软件复位不影响RESET引脚的状态。

ENC28J60有两个中断输出，分别用于事件中断触发和网络唤醒主机。

CPU采用LPC2138用宏定义实现SPI口读写操作。SOSPDR为SPI数据寄存器，该双向寄存器为 SPI提供发送和接收的数据，发送数据通过写该寄存器提供，SPI接收的数据可从该寄存器读出。SOSPSR为SPI状态寄存器。在对SPI接口进行操作之前需对其初始化。下面给出读/写SPI接口的源代码。

#define READSPI( Val )
{
　　S0SPDR = 0x00;
　　while( 0 == (S0SPSR & 0x80));
　　Val = S0SPDR;
}
#define WRITESPI( Val )
{
　　if ( 0 == (S0SPSR & 0x40) ) {
　　　　S0SPDR = Val;
　　　　while( 0 == (S0SPSR & 0x80) );
　　}
}

亦可用LPC2138的SSP来连接ENC28J60，需将其设置为SPI模式。应当注意到SSP有8帧的收/发 FIFO，如果处理不当将造成读/写错误。因为缓冲区的存在可能破坏读/写ENC28J60的时序。

对于没有SPI接口的单片机可采用普通I/O口模拟的方法实现SPI主机。此时须注意静态时时钟的无效状态和相位，以及输出数据位出现的时间；对ENC28J60操作期间片选必须保持有效(低电平)，操作结束后返回低电平。根据ENC28J60的读/写波形很容易写出模拟SPI主机的程序。笔者曾在AT89S51上实现了模拟SPI主机读/写MCP2515的操作。

4 结论

笔者在LPC2138+ENC28J60+HR901170A平台上实现了以太网通信。相对于其他方案，该系统极为精简。对于没有开放总线的单片机，虽然有可能采用模拟并行总线的方式连接其他以太网控制器，但不管从效率还是性能上，都不如用SPI接口或采用通用I/O口模拟SPI接口连接 ENC28J60的方案。

可以看出，ENC28J60是极具特色的独立以太网控制器：SPI接口使得小型单片机也能具有网络连接功能；集成MAC和PHY无需其他外设；具有可编程过滤功能，可自动评价、接收或拒收多种信息包，减轻了主控单片机的处理负荷；内部继承可编程的8 KB双端口SRAM缓冲器，操作灵活方便。不足之处为仅支持10BASET。

参考文献

［1］ Microchip Technology Inc. ENC28J60 StandAlone　 Ethernet Controller with SPI Interface. http://www.microchip.com/.
［2］Philips Semiconductors. LPC213x User Manual. http://www.philipsmcu.com/.
［3］ 周立功,张华,等. 深入浅出ARM7——LPC213x/LPC214x(上册). 北京:北京航空航天大学出版社,2005.