原创 W5100 在嵌入式系统中实现TCP/IP 网络通信的应用

摘要：W5100是WIZnet公司最新推出的固件网络芯片，它是在W3150A+的基础上，集成了以太网物理层RTL8201CP核，因此W5100集TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY为一体。W5100支持TCP，UDP，ICMP，IGMP，IPv4，ARP，PPPoE，Ethernet等网络协议；支持4个独立的Socket通信，内部16K字节的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换，最大通信速率达到25Mbps；提供多种总线（两种并行总线和SPI总线）接口方式，可以很方便地与各种单片机连接。

关键词： W5100，TCP/IP 协议，以太网，单片机

引言

我们原来介绍过 W3150A 网络芯片，由于 W3150A 使用时还必需要在外面接一个以太网物理层接口器件(RTL8201CP)，增加了使用时的硬件难度，因此 Wiznet 公司最新推出了W5100，将 TCP/IP 协议栈、以太网的 MAC和 PHY 三种功能集为一体。W5100 不仅保留了原来与 MCU接口的并行总线接口，还增加了 SPI 串行总线接口。 W5100 器件的推出，大大简化了硬件电路设计，使单片机系统在没有操作系统的支持下，真正实现了单芯片接入 Internet 的理想。

芯片介绍

W5100有如下特性：

与MCU多种接口选择，直接总线接口、间接总线接口和SPI总线；

支持硬件TCP/IP协议： TCP, UDP, ICMP, IGMP, IPv4, ARP, PPPoE, Ethernet；

支持ADSL连接 (支持PPPOE协议，带PAP/CHAP验证)；

支持4个独立的端口（Sockets）连接；

内部16K字节存储器作TX/RX缓存；

内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层，支持自动应答（全双工/半双工模式）；

支持自动极性变换（MDI/MDIX）；

多种指示灯输出（Tx，Rx，Full/Duplex，Collision，Link，Speed）；

0.18µm CMOS工艺；

3.3V工作电压，I/O口可承受5V电压；

LQFP80无铅封装，符合环保要求。

W5100 的结构如图 1所示。

典型应用

1．网络考勤机/门禁系统

W5100 在网络考勤机/门禁系统中的应用如图 2所示， 使用 MCS-51单片机以直接总线方式与 W5100 接口，组成了一个具有网络功能的考勤机/门禁设备，这种考勤机/门禁系统广泛应用在公司写字楼、商场/超市、住宅小区等场所的管理。 考虑到考勤机/门禁系统的数据量不大，数据传输速率相对于其它实时系统来说不是很高，因此单片机可以采用 SPI 接口与 W5100 连接。而读卡器芯片 TRH031M 也可用使用PI 接口，因此它们可以共用总线，使硬件系统更加简单。

2．网络电力仪表

W5100 应用在电力仪表中， 可以及时采集电力系统数据， 实现在本地/远程的数据采集、

故障分析判断。网络仪表主要应用在发电厂、变电站、配电站、工厂电力系统等领域，也可

以用于居民电量管理。

用 W5100 实现网络电力仪表结构如图 3所示。

3．数字电视前端设备

数字电视前端设备种类很多，有诸如卫星接收机、数字编码器、数字复用器、数字加扰机及 QAM 调制器等等。 W5100 可以用在数字电视前端设备中，以建立起设备与控制台之间、设备与设备之间的网络通道。由于 W5100 内部具有 4个完全独立的端口，高速的数据处理能力和数据吞吐能力，不仅可以传输一般的控制信息，还可以传输音视频信号。

结束语

W5100“3 合 1”的功能可以满足各种单片机在没有操作系统的支持下接入 Internet 网络，简单、可靠，价格低廉，已广泛应用于各种安全监测、电力系统的测量监控、音视频传输、远程信息传输等领域。随着嵌入式系统网络化的广泛应用，相信 W5100 一定会被更多的工程师所喜欢。

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