AVT-953.pdf

Karta wejść z interfejsem Ethernet

Karta wejść z interfejsem

Ethernet

AVT–953

Przedstawiony w numerze

4/2006 Elektroniki Praktycznej

„Uniwersalny Interfejs

Internetowy” cieszy się

dużym zainteresowaniem

Czytelników. Dlatego

postanawiamy kontynuować

ten temat przedstawiając kilka

dedykowanych rozwiązań

opartych na komunikacji

z wykorzystaniem interfejsu

Ethernet.

Rekomendacje:

wykonanie karty polecamy

Czytelnikom zainteresowanym

budową urządzeń pracujących

w sieci Ethernet. Będzie

to pouczające i ciekawe

doświadczenie.

W przedstawionym artykule zo-

stanie opisana karta wejść cyfro-

wych, umożliwiająca wizualizację

poszczególnych stanów w przeglądar-

ce internetowej. Rozwiązanie takie

pozwala na niemalże nieograniczone

kontrolowanie sygnałów cyfrowych

– poczynając od wewnętrznej sie-

ci LAN, poprzez sieć przewodową

Internet, a kończąc na bezprzewodo-

wym dostępnie poprzez telefon ko-

mórkowy. Pomimo tego, że genero-

wana strona jest przystosowana do

przeglądarki Internetowej typowego

komputera, to jest ona na tyle pro-

sta, że może być wyświetlona na

ekranie telefonu komórkowego. Do

testów została użyta przeglądarka

OperaMini ( www.opera.com ).

Karta posiada 11 wejść i może

zostać zastosowana, na przykład do

zdalnej obserwacji stanu wejść cen-

trali alarmowej. Na wszystkich wej-

ściach zostały zastosowane rezysto-

ry wymuszające stan wysoki, dzięki

temu do wejść można bezpośrednio

dołączyć czujniki z wyjściem sty-

kowym (kontaktrony, przyciski me-

chaniczne, itp.). Możliwe jest także

dołączenie innych układów z wyj-

ściem typu otwarty kolektor, jak

również typowych wyjść cyfrowym

o poziomach TTL. Stany wejść na

generowanej przez procesor stronie

Internetowej wyświetlane są w po-

staci tabeli. Pomimo tego, że układ

stanowi gotowe rozwiązanie, to

istnieje jednak możliwość zmiany

sposobu wyświetlania strony i wi-

zualizacji wejść. Stwarza to możli-

wość dostosowania strony www do

potrzeb użytkownika. Strona inter-

netowa jest zapisywana w nieulotnej

pamięci EEPROM, może więc być

wielokrotnie modyﬁkowana. W dal-

szej części artykułu zostanie opisa-

na budowa domyślnej strony oraz

wskazane parametry, których należy

użyć we własnej stronie tak, aby

poprawnie wyświetlać stan wejść

karty. W interfejsie Ethernetowym

został zastosowany układ RTL8019.

Karta wejść umożliwia pracę zarów-

no w trybie dynamicznego pobiera-

nia adresu IP, jak również ustalania

statycznego. Przewidziano możliwość

zmiany adresu MAC karty siecio-

wej, co umożliwia pracę kilku kart

w jednej sieci LAN. Do konﬁguracji

parametrów karty został zastosowa-

ny port szeregowy RS232.

PODSTAWOWE PARAMETRY

Budowa

Schemat elektryczny karty jest

przedstawiony na rys. 1. Można

wyróżnić dwa bloki funkcjonalne:

blok interfejsu sieci LAN i blok ste-

rujący.

Głównym elementem interfejsu

sieciowego jest układ US5. Jest to

specjalizowany kontroler sieci Ether-

net. Układ ten umożliwia komuni-

kację z prędkością 10 Mb zgodną

ze standardem 10BaseT realizując

funkcje warstwy sieciowej. Jest to

konwerter danych pomiędzy stroną

sieciową LAN i interfejsem równo-

ległym służącym do komunikacji

• Płytka o wymiarach 84x76 mm

• Zasilanie 9...12 V/100 mA

• Liczba wejść cyfrowych: 11

• Tryb dynamicznego pobierania adresu

sieciowego (DHCP)

• Możliwość pracy ze stały adresem IP

• Możliwość zmiany adresu MAC urządzenia

• Możliwość „wgrania” własnej strony

internetowej

• Konﬁguracja przez port szeregowy

• Zapis strony internetowej przez port szere-

gowy lub sieć LAN (FTP)

• Sygnalizacja diodami świecącymi o stanie

pracy

Elektronika Praktyczna 10/2006

P R O J E K T Y

Karta wejść z interfejsem Ethernet

Rys. 1. Schemat ideowy karty

Elektronika Praktyczna 10/2006

Karta wejść z interfejsem Ethernet

wany sygnałem

zegarowym wy-

tworzonym przy

pomocy dołączo-

nego rezonato-

ra kwarcowego

o częstotliwości

20 MHz. Do sy-

gnalizacji pracy

układu służy

dioda świecą-

ca D4. Poprzez

połączenie sy-

gnałów z wyjść

„LED1” i „LED2”

za pomocą diod

D3 i D5 jedna

dioda świecąca

sygnalizuje za-

równo stan od-

bierania danych,

jak również wy-

syłania. W spoczynku jest ona wy-

łączona, a zapala się w czasie trans-

misji danych.

Obwody wejściowe i wyjściowe

dla interfejsu sieciowego skiero-

wane są na złącze CON3 poprzez

transformator separujący TR. Złą-

cze CON3 jest typu RJ45 i umożli-

wia dołączenie karty do huba lub

switcha za pomocą typowego kabla

sieciowego. Układ jest zasilany na-

pięciem równym 5 V, możliwe jest

więc bezpośrednie połączenie sy-

gnałów sterujących i danych do mi-

krokontrolera zasilanego napięciem

o tej samej wartości.

Głównym elementem bloku ste-

rującego jest natomiast mikrokontro-

ler typu PIC18F452. Do dyspozycji

programisty jest 1,5 kB pamięci

RAM i 16 k słów pamięci progra-

mu, mimo że za-

stosowany procesor

posiada jej 32 kB.

Wynika to z tego,

że w rodzinie ukła-

dów PIC18 jedno

słowo pamięci pro-

gramu ma długość

16 bitów. Procesor

Rys. 4. Okno zmiany parametrów

karty

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce karty

jest taktowany podobnie jak układ

RTL8019 sygnałem o częstotliwo-

ści 20 MHz wytworzonym jednak

za pomocą dodatkowego rezonato-

ra kwarcowego X1. Do zerowania

po włączeniu zasilania wykorzy-

stano poprzez wewnętrzny moduł

mikrokontrolera, dlatego na wejściu

!MCLR na stałe wymuszono stan

wysoki poprzez dołączenie rezysto-

ra R3.

Magistrala danych jest obsługi-

wana przez port RD oraz sygnały

sterujące połączone z portem RE.

Linie adresowe są dołączone do

portu RB. Wejścia pomiarowe zosta-

ły utworzone z wolnych wyprowa-

dzeń portów RA, RB i RC. Pozwoli-

ło to na uzyskanie jedenastu wejść

cyfrowych. Zostały one wyprowa-

dzone na złącza CON4...CON7. Na

wszystkich liniach jest wymuszany

stan wysoki za pomocą rezystorów

R10...R12 oraz zawartych w drabin-

ce R13. Dzięki temu możliwe jest

dołączenie sygnałów sterujących

pochodzących z wyjść układów cy-

frowych, obwodów typu otwarty

kolektor oraz przełączników mecha-

nicznych.

Zawartość strony internetowej

jest przechowywana w zewnętrznej

pamięci EEPROM (US4). Komunika-

cja z nią odbywa się poprzez szynę

I 2 C, a zastosowana pamięć ma po-

jemność 32 kB.

Do komunikacji z komputerem

wykorzystywany jest port RS232,

z procesorem. Układ został skonﬁ-

gurowany do pracy w trybie ośmio-

bitowym, co pozwala na dołącze-

nie do niego mikrokontrolera przy

użyciu do tego minimalnej liczby

wyprowadzeń. Sygnały SD0...SD7

stanowią dwukierunkową magistra-

lę komunikacyjną, dla której kieru-

nek przesyłania danych wyznaczają

sygnały IOR i IOW. Linie A0...A4

są wejściami adresowymi umożli-

wiającymi ustawienie adresów re-

jestrów wewnętrznych służących

do konﬁguracji parametrów pracy

układu RTL8019AS. Wewnątrz ukła-

du znajdują się bufory: nadawczy

i odbiorczy o rozmiarze 16 kB, sta-

nowiące zabezpieczenie przed utra-

tą danych, jeśli mikrokontroler nie

będzie w stanie odbierać ich w cza-

sie rzeczywistym. Układ jest takto-

Rys. 3. Konfiguracja Hyperterminala

Rys. 5. Wygląd strony internetowej

Elektronika Praktyczna 10/2006

Karta wejść z interfejsem Ethernet

umieszczone są

po obu stronach

płytki. Przy ich

lutowaniu nale-

ży więc zacho-

wać dużą precy-

zję. Jako pierw-

szy powinien

być wlutowany

układ US5 (od

umownej strony

elementów) oraz

US2 (od umow-

nej strony ście-

żek). W dalszym

etapie należy

wlutować rezysto-

ry i kondensatory

SMD umieszczone

po obu stronach

płytki. Dalszy montaż należy prze-

prowadzić w typowy sposób, od ele-

mentów najmniejszych do najwięk-

szych. Stabilizator US3 montowany

jest w pozycji leżącej. Wyprowadze-

nia diod świecących należy zagiąć

pod kontem 90° i wlutować je, do-

pasowując wysokość tak, aby były

jedna nad drugą. W ostatnim etapie

montowane są złącza. Do zasilania

układu wymagany jest zasilacz o na-

pięciu wyjściowym 9...12 V i wydaj-

ności prądowej minimum 100 mA.

Dodatkowo, do połączenia z hubem

lub switchem będzie potrzebny ka-

bel sieciowy (skrętka komputerowa

zakończona wtykami RJ45).

Po prawidłowym zmontowaniu

układu i dołączeniu zasilania dioda

świecąca D2 będzie błyskała. Aby

w pełni uruchomić układ należy do-

datkowo połączyć go z komputerem

poprzez port szeregowy za pomocą

złącza CON2. Pozwoli to na usta-

wienie i odczyt parametrów pracy

układu. Do tego celu w komputerze

musi zostać uruchomiony program

terminala obsługujący port szere-

gowy (na przykład Hyperterminal).

Przykład konﬁguracji programu jest

przedstawiony na rys. 3 .

Oprogramowanie karty umożli-

wia pracę ze statycznym oraz dy-

namicznym adresem IP. Domyślnie

adres jest pobierany dynamicznie

z routera. Jeśli zostanie skonﬁgu-

rowany do takiego przydzielania

adresów, to po włączeniu zasila-

nia karty nastąpi pobranie adresu,

a informacja o tym zostanie wysła-

na do komputera przez port szere-

gowy. Pozwoli na ustalenie adresu

karty bez konieczności sprawdzania

tego w routerze. Informacja o przy-

dzielonym adresie IP jest wysyła-

na do komputera po każdym jego

pobraniu (przy włączeniu zasila-

nia) lub zmianie. Z reguły router

zapamiętuje adres MAC urządze-

Rys. 6. Wysyłanie strony internetowej Hyperterminalem

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 4,7 k V 0805

R2: 330 V 0805

R3: 10 k V 0805

R4, R5: 4,7 k V 0805

R6: 20 k V 0805

R7: 200 V 0805

R8: 22 k V 0805

R9: 330 V 0805

R10...R12: 10 k V 0805

R13: RPACK 8x10 k V

Kondensatory

C1: 100 m F/25 V przewlekany

C2: 100 nF 0805

C3: 220 m F/16 V przewlekany

C4, C5: 15 pF 0805

C6...C18: 100 nF 0805

C19, C20: 100 nF przewlekany

C21: 100 nF 0805

Półprzewodniki

D1: 1N4007

D2: LED 3 mm zielona

D3: LL4148 SOD80

D4: LED 3 mm żółta

D5: LL4148 SOD80

US1: PIC18F452 DIP40 zapro-

gramowany

US2: MAX232A SO16

US3: LM7805 TO220

US4: AT24C256 DIP8 zaprogramowa-

US5: RTL8019AS

Inne

CON1: gniazdo zasilania współosio-

CON2: DB9 żeńskie

CON3: RJ45

CON4…CON6: ARK3 5 mm

CON7: ARK2 5 mm

S: mikrowłącznik

TR: transformator 20F001

X1, X2: rezonator kwarcowy 20 MHz

niskoprofilowy

podstawki: DIP8, DIP40

do obsługi którego został zastoso-

wany konwerter napięć w postaci

układu MAX232A. Specjalna wersja

tego układu pozwana na prawidło-

wą pracę z kondensatorami o niskiej

pojemności (typowo 100 nF), co

z kolei pozwala na użycie miniatu-

rowych elementów SMD. Sygnały

pochodzące z komputera są kiero-

wane do złącza CON2, a dalej do

układu US2 i do procesora.

Do transmisji danych wykorzy-

stano tylko linie RxD i TxD bez

linii sprzętowego sterowania prze-

pływem danych (CTS, RTS). Inter-

fejs szeregowy służy do ustawia-

nia parametrów sieciowych karty

za pomocą komputera. Wymaga to

wprowadzenia procesora w tryb pro-

gramowania, do czego służy przy-

cisk S. Do sygnalizacji pracy pro-

cesora służy dioda D2. Wszystkie

układy karty są zasilane napięciem

o wartości 5 V uzyskanym z wyjścia

stabilizatora US3. Na jego wejściu

znajduje się dioda zabezpieczająca

przed dołączeniem napięcia zasilają-

cego o nieprawidłowej polaryzacji.

Montaż

Karta wejść cyfrowych została

zmontowana na płytce przedstawio-

nej na rys. 2 . W układzie zostały

użyte elementy zarówno w obudo-

wach do montażu powierzchnio-

wego, jak i przewlekanego. Są one

List. 1. Zawartość pliku „index.htm”

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>Microchip TCP/IP Stack Demo</TITLE>

</HEAD>

</FRAMESET>

</HTML>

Elektronika Praktyczna 10/2006

Karta wejść z interfejsem Ethernet

Rys. 7. Konfiguracja Total Commandera jako klienta FTP

nia i przy kolejnym jego „pojawie-

niu” się przydziela ten sam adres.

W przypadku jednak rekonﬁguracji

urządzeń sieciowych, przydzielony

adres może ulec zmianie i ponow-

nie trzeba będzie „odnaleźć” adres

karty. Aby mieć pewność, że karta

zawsze będzie miała ten sam ad-

res, można zastosować adres sta-

tyczny, który jest ustalany w trybie

konﬁguracyjnym karty wejść cy-

frowych. Procesor jest wprowadza-

ny w tryb ten poprzez naciśnięcie

przycisku S przy wyłączonym zasi-

laniu i włączenie zasilania. W oknie

Hyperterminala zostanie wyświe-

tlone menu umożliwiające zmia-

nę opisanych parametrów ( rys. 4 ).

Dioda „System” będzie wygaszona.

Chcąc wybrać daną pozycję, nale-

ży z klawiatury komputera nacisnąć

przypisaną do niej cyfrę. Pierw-

sza pozycja „Change Board serial

number” służy do zmiany numeru

seryjnego sterownika. Podana licz-

ba może się zawierać w przedziale

0...65535. Zmiana numeru seryjne-

go jest tak naprawdę zmianą MAC

adresu urządzenia. Zaprogramowany

procesor jako adres MAC przyjmuje

domyślną wartość 00–04–A3–00–00–

–00. adres MAC jest identyﬁkato-

rem danego urządzenia i w jednej

sieci każde urządzenie musi mieć

unikatową wartość tego adresu. Aby

możliwe było użycie więcej niż

jednej karty, konieczna jest zmia-

na jej adresu, co wykonuje się to

zmieniając numer seryjny. Zmiana

dotyczy czterech ostatnich znaków

tego adresu (00–04–A3–00–XX–XX).

Wartości zapisane są w kodzie he-

xadecymalnym, co umożliwia uzy-

skanie 65535 różnych adresów.

Opcja „Change default IP ad-

dress” pozwala na ustawienie sta-

tycznego adresu IP. „Change default

gateway address” umożliwia usta-

wienie adresu bramy internetowej

dla pracy ze statycznym adresem

IP. „Change default subnet mask”

pozwala na ustawienie maski pod-

sieci dla pracy ze statycznym ad-

resem IP. „Enable DHCP & IP

Gleaning” konﬁguruje procesor do

dynamicznego pobierania adresu IP.

„Disable DHCP & IP Gleaning” po-

woduje wyłączenie dynamicznego

pobierania adresu IP i przełączenie

procesora w tryb statyczny, stosu-

jąc wcześniejsze ustawienia para-

metrów trybu statycznego.

Przykładowe parametry dla pra-

cy ze stałym IP mogą być następu-

jące:

Adres IP: 192.168.1.5

Maska podsieci: 255.255.255.0

Adres Bramy: 192.168.1.1

Ustawienia te są jednak zależne

od konﬁguracji sieci lokalnej idla-

tego maska podsieci i adres bramy

mogą być inne. Niezbędne informa-

cje o sieci można uzyskać logując

się na router.

Funkcja „Download MPFS ima-

ge” służy do zapisania strony in-

ternetowej do pamięci EEPROM

sterownika.

„Save & Quit” powoduje zapis

wcześniej podanych parametrów do

pamięci i wyjście z trybu programo-

wania.

Elektronika Praktyczna 10/2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: