基于KSZ8873的雙網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)
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摘要：本文基于Micrel公司推出的3端口10/100M交換芯片KSZ8873，充分利用其價格低廉、配置方便、應(yīng)用多樣等特點(diǎn)，結(jié)合PIC32系列單片機(jī)，提出并設(shè)計(jì)出一種RS485/RS232接口轉(zhuǎn)雙網(wǎng)口的模塊，并且軟件實(shí)現(xiàn)了將Modbus-RTU協(xié)議與Modbus-TCP、IEC104協(xié)議的轉(zhuǎn)換。該模塊成功應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器中，雙網(wǎng)口設(shè)計(jì)在組網(wǎng)時采用菊花鏈方式，可節(jié)省了布線成本50%以上，同時還具有性能穩(wěn)定、獨(dú)立性強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/281884.htm引言
隨著工業(yè)4.0時代的到來，工業(yè)設(shè)備的智能化和網(wǎng)絡(luò)化成為發(fā)展趨勢，而大量已有設(shè)備多采用低速和非智能的RS485總線，人們對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息獲取要求越來越高，要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、高效和安全的設(shè)備管理，就對總線速度提出來高需求，設(shè)備IP化和網(wǎng)絡(luò)化也是必然趨勢。
針對新建設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和舊設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化改造兩方面問題，本文提出的雙網(wǎng)口轉(zhuǎn)換模塊，既可對新設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，又能對舊設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化改造。具有低成本、高可靠等優(yōu)點(diǎn)。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 模塊原理
如圖1所示，模塊包含兩個子模塊，交換子模塊和轉(zhuǎn)換子模塊。
交換子模塊的主要器件為KSZ8873[1]，包含了兩個對外的RJ45接口(標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口)和一個對內(nèi)的RMII接口，其中對外RJ45網(wǎng)口由KSZ8873的兩組標(biāo)準(zhǔn)差分總線經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變壓器轉(zhuǎn)換生成，RMII接口由KSZ8873的標(biāo)準(zhǔn)RMII總線[2]轉(zhuǎn)換而來。交換子模塊有兩個主要功能，一是實(shí)現(xiàn)兩個對外網(wǎng)口間的數(shù)據(jù)交換，該過程完全由KSZ8873芯片自動完成，不需要軟件參與;二是完成兩個對外網(wǎng)口與對內(nèi)RMII接口間的數(shù)據(jù)交換，該過程需要與轉(zhuǎn)換子模塊配合進(jìn)行。
轉(zhuǎn)換子模塊主要器件有PIC32MX695F512H[4]、MAX485和MAX232芯片，對內(nèi)的RMII接口由PIC32MX695F512H的RMII接口生成，與交換子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對外的RS485和RS232接口由PIC32MX695F512H的兩路獨(dú)立UART接口經(jīng)MAX485和MAX232芯片轉(zhuǎn)換而來，可以與另一個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
1.2 雙網(wǎng)口電路
KSZ8873RLLI的電源包括數(shù)字電源+3.3V和+1.8V，以及模擬電源+3.3A和+1.8A。使用外部25MHZ有源晶振。復(fù)位信號由PIC32單片機(jī)控制。芯片工作溫度范圍-40℃~85℃。
KSZ8873的配置方式有軟件和硬件兩種。軟件配置使用SPI或I2C總線進(jìn)行，通過對KSZ8873內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，完成工作模式配置。硬件配置采用芯片上電時讀取器件管腳電平來完成，在電路設(shè)計(jì)時需要根據(jù)工作模式預(yù)先對管腳進(jìn)行上下拉操作。
表1給出了網(wǎng)口1、網(wǎng)口2和RMII總線在KSZ8873芯片的管腳分布。網(wǎng)口1和網(wǎng)口2為對外網(wǎng)口。RMII接口與PIC32單片機(jī)的RMII接口連接。
1.3 單片機(jī)以及外圍電路
單片機(jī)PIC32MX695F512H主要使用資源包括UART1、UART2和RMII接口。其中UART1和UART2分別經(jīng)過MAX232和MAX485芯片轉(zhuǎn)換成RS232和RS485接口。RMII接口與KSZ8873的RMII接口連接。該部分電路成熟度高，在此不作贅述。
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