【正文】 從設(shè)計(jì)的選題到 資料 的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，花費(fèi)了 沈 老師很多寶貴的 時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使 我 受益終生！還要感謝和我 做 同一設(shè)計(jì) 的符永馨 同學(xué)，是她 在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的 錯(cuò)誤 ，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題 并把 設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去 。 無論是 從開始的 定 研究 方向還是 后來的 查資料過程中，一直都耐心地給予我指導(dǎo)和意見 。 （ 3）本文采用的以太網(wǎng)接口電路是 ARM控制芯片加以太網(wǎng)控制芯片，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是 將一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)分成不同功能的模塊解決，芯片分工明確且避免了相關(guān)底層驅(qū)動(dòng)沖突等問題，但缺點(diǎn) 是 工作量加大 ，軟件編程相對(duì)復(fù)雜，而使用有以太網(wǎng)模塊的接口電路，構(gòu)建電路 簡(jiǎn)單，軟件編程相對(duì)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是造價(jià)高。 然而，由于設(shè)計(jì)時(shí)間的限制與本人能力的欠缺，本文尚有以下不足： （ 1）本文主要是基于嵌入式系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口電 路的硬件設(shè)計(jì)，只研究了各個(gè)重要芯片的主要引腳介紹及連接方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)和數(shù)據(jù)介紹的不夠詳細(xì)和全面。 （ 3） ST公司提供了基于 STM32的多種外設(shè)固件庫，可方便的進(jìn)行多種基于該芯片的外設(shè)的開發(fā)。該芯 片可應(yīng)用于從低端微控制器與復(fù)雜的 SoC系統(tǒng)多種場(chǎng)合 。本文研究?jī)?nèi)容為基于 ARM 的 以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì) ， 從深入剖析 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 開始，結(jié)合選取的面向微控制應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)核芯片 STM32，系統(tǒng)闡述了設(shè)計(jì)需要的原理及其詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程，包括相應(yīng)的硬軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)嵌入式環(huán)境下 以太網(wǎng)接口電路 設(shè)計(jì)。最后在相應(yīng)的電路上加上去耦電容，得到電壓轉(zhuǎn)換電路。 STM32F103VET6芯片的工作電壓是 ，所以還需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路，這里選用 以太網(wǎng) 電壓轉(zhuǎn)換芯片 20F001N將 5V裝換成 。 外部存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。嵌入式存儲(chǔ)器包括嵌入式靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和各種非易失性存儲(chǔ)器。 一個(gè)主晶振可驅(qū)動(dòng)整個(gè) 小系統(tǒng)， STM32內(nèi)嵌的出廠前調(diào)校的 8MHz的 RC時(shí)鐘振蕩電路可做主時(shí)鐘源 (HSE)， 另外系統(tǒng)還需要一個(gè)時(shí)鐘源用于嵌入式 RTC的 40MHz晶振，即 (LSE)。啟動(dòng)電路如圖 ，P1為排陣，使用時(shí)用跳線帽將對(duì)應(yīng)排針連接起來即可，其中 BOOT0連接在 STM32的BOOT0 上， BOOT1 連接到 STM32 的 PB2/BOOT1 上 ， 如 圖 。若需要用串口下載代碼，則需把 BOOT0、 BOOT1都分別設(shè)為 1和 0。對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)模式如表 。 電路圖如圖 圖 復(fù)位電路 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 啟動(dòng) 模式選項(xiàng)由 S2（ BOOT0）和 S3（ BOOT1）配置。 由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC超過 ，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作 。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。如沒有外部電池，必須和 VDD STM32 F103VET6 供電電路 復(fù)位電路 振蕩電路 啟動(dòng)電路 以太網(wǎng)接口電 路 存儲(chǔ)器電路 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 32 頁 電源上。外部模擬電壓輸入引腳 VDDA引腳用于 ADC、復(fù)位 模塊等，必須連接到兩個(gè)外部穩(wěn)定電容上，而 VSSA和 4個(gè) VSS引腳都接地。若使用 ADC,則 VDD的電壓范圍必須在 ～ ,若不使用 ADC，可為 2V～ 。具體設(shè)計(jì)原理與相關(guān)設(shè)計(jì)圖如下詳述。 如 圖 。 (2)存儲(chǔ)器的工作電壓為 ～ V (3)高可靠性 — 耐用性， 100,000 個(gè)周期 — 數(shù)據(jù)保持時(shí)間：大于 100 年 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 32 頁 (4)低功耗（ 14Hz 時(shí)） — 有效電流： 12mA — 自動(dòng)低功耗模式： 4uA (5)快速讀訪問時(shí)間： 79ns (6)快速擦寫和字編程 — 扇區(qū)擦除時(shí)間： 18ms — 塊擦除時(shí)間： 18ms — 芯片重寫時(shí)間： 15s 如圖 為 SST39VF160 引腳圖 圖 SST39VF160 引腳 主要引腳介紹 (1)A19～ A0：地址輸入 (2)DQ15～ DQ0：數(shù)據(jù)輸入輸出 (3)CE：芯片使能，為低電平時(shí)啟動(dòng)器件開始工作 (4)OE：輸 出使能，數(shù)據(jù)輸出緩沖器的門控信號(hào) (5)WE：寫使能，控制寫操作 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 32 頁 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路總體設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)必須考慮系統(tǒng)成本、處理速度、體積、功耗等問題，包括中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、可讀寫存儲(chǔ)器、外圍的控制電路以及相關(guān)的外設(shè)?？梢苑乐股想娀虻綦娺^程中無意寫操作的產(chǎn)生。當(dāng) CE或 OE為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線呈現(xiàn)高阻態(tài)。當(dāng) CE為高電平時(shí)，器件未被選中工作，只消耗等待電流。 SST39VF160 的讀操作有 CE和 OE控制，只有兩者都是低電平時(shí)，系統(tǒng)才能從器件的 輸出管腳獲得數(shù)據(jù)。 SST39VF160 的存儲(chǔ)器操作有命令來啟動(dòng)。由于不管對(duì)于任何的電壓范圍， SuperFlash 技術(shù)都消耗很少的電流，使用很短的擦除時(shí)間，因此 SST39VF160 在擦除或編程操作中消耗的能量小于其它 Flash 技術(shù)制造而成的器件。對(duì)于所有的系統(tǒng)， SST39VF160 的使用可顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的性能和可靠性，降低功耗。SST39VF160 的 100,000 個(gè)周期的耐用性和大于 100 年的數(shù)據(jù)保持時(shí)間，使其可廣泛用于設(shè)計(jì)，制造和測(cè)試等應(yīng)用中。 IS61LV51216 特性： (1)存取時(shí)間： 8ns,10ns,12ns (2)全靜態(tài)操作：不需時(shí)鐘或刷新 (3)輸入輸出兼容 TTL 標(biāo)準(zhǔn) (4)獨(dú)立 供電 (5)高字節(jié)數(shù)據(jù)和低字節(jié)數(shù) 據(jù)可分別控制 如圖 IS61lv51216引腳圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 共 32 頁 圖 IS61lv51216引腳圖 主要引腳介紹： （ 1） I/O5～ I/O0：數(shù)據(jù)輸入輸出 （ 2） A18～ A0：地址線輸入端 （ 3） CLE：命令鎖存使能端 （ 4） ALE: 地址鎖存使能端 （ 5） CE：芯片使能，為低電平時(shí)啟動(dòng)器件開始工作 （ 6） OE：輸出使能端 （ 7） WE：寫使能端 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 32 頁 （ 8） LB：低字節(jié)控制端 （ 9） UB：高字節(jié)控制端 3 SST39VF160 介紹 SST39VF160 是一個(gè) 1M 16 位 的 CMOS 多功能 Flash 器件，由 SST 特有的高性能 SuperFlash 技術(shù)制造而成。低觸發(fā)寫入使能引腳（ /WE）將完全控制存儲(chǔ)器的寫入和讀取。在此模式下，功耗可降低至 CMOS 輸入標(biāo)準(zhǔn)。 IS61lv51216是 44pin 的 TSOP封裝形式，高度可靠的工藝水準(zhǔn)加上創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，造就了這款高性能，低功耗 的器件。 2 IS61lv51216介紹 SSI 的 IS61LV51216是一個(gè) 8M 容量結(jié)構(gòu)為 512K*16位字長(zhǎng)的高速率 SRAM。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于 NAND 閃存 ， NAND 的供應(yīng)商建議使用 NAND 閃存的時(shí)候 ， 同 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 32 頁 時(shí)使用 EDC/ECC 算法 即錯(cuò)誤探 測(cè) /錯(cuò)誤更正算法 。如果只是報(bào)告有問題 ， 多讀幾次就可能解決了。在某些情況下 (很少見 ,NAND 發(fā)生的次數(shù)要比 NOR 多 )， 一個(gè)比特位會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報(bào)告反轉(zhuǎn)了。 NAND 存儲(chǔ)器除了具有 10比 1的塊擦除周期優(yōu)勢(shì) ,典型的 NAND 塊尺寸要比 NOR 器件小 8倍 ,每個(gè) NAND 存儲(chǔ)器塊在給定的時(shí)間內(nèi)的刪 除次數(shù)要少一些。對(duì)于需要擴(kuò)展 MTBF 的系統(tǒng)來說 ,Flash 是非常合適的存儲(chǔ)方案。 NOR flash 占據(jù)了容 量為 1～ 16MB 閃存市場(chǎng)的大部分 ,而 NAND flash 只是用在8～ 128MB 的產(chǎn)品當(dāng)中 ,這也說明 NOR 主要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中 ,NAND 適合于數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 。 NAND 的擦除單元更小 ,相應(yīng)的擦除電路更少 [29]。 NAND 的 4ms擦除速度遠(yuǎn)比 NOR 的 5s 快。 1． 下面分析 NOR 和 NAND 的主要區(qū)別： (1)性能比較 擦除 NOR器件時(shí)是以 64～ 128KB的塊進(jìn)行的 ,執(zhí)行一個(gè)寫入 /擦 除操作的時(shí)間為5s,與此相反 ,擦除 NAND器件是以 8～ 32KB的塊進(jìn)行的 ,執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。 NAND 結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度 ,可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度 ,并且寫入和擦除的速 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 共 32 頁 度也很快。 NOR 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行 (XIP,eXecuteInPlace),這樣應(yīng)用程序可以直接在flash 閃存內(nèi)運(yùn)行 ,不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM 中。 NAND閃存技術(shù)相對(duì)于 NOR技術(shù) 有其 優(yōu)越之處 ,因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲(chǔ)少量的代碼 ,這時(shí) NOR 閃存更適合一些。但是經(jīng)過了十多年之后 ,仍然有相當(dāng)多的硬件工程師分不清 NOR 和 NAND 閃存。 Intel 于 1988 年首先開發(fā)出 NOR flash 技術(shù) ,徹底改變了原先由 EPROM 和 EEPROM 一統(tǒng)天下的局面。由于受到數(shù)碼設(shè)備強(qiáng)勁發(fā)展的帶動(dòng)， NAND 閃存一直呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的超高速增長(zhǎng)。再加上 NAND 閃存的邏輯為電子盤模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在專門的存儲(chǔ)控制器，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞塊將無法修，可靠性 NOR 閃存要差。 NAND 閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的 I/O 端口只有 8 個(gè)，比 NOR 要少多了。 存儲(chǔ)器芯片選擇 閃存則是一種非易失性（ NonVolatile）內(nèi)存 ， 在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長(zhǎng)久地保持?jǐn)?shù)據(jù) ， 其存儲(chǔ)特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲(chǔ)介質(zhì)的基礎(chǔ) [27]。因此，這種編碼也稱為相位編碼。相反地，這些位被轉(zhuǎn)換為一個(gè)稍微不同的格式，它通過使用直接的二進(jìn)制編碼有很多的優(yōu)點(diǎn)。 曼徹斯特編碼提供一個(gè)簡(jiǎn)單的方式給編 碼簡(jiǎn)單的二進(jìn)制序列而沒有長(zhǎng)的周期沒有轉(zhuǎn)換級(jí)別，因而防止