毕业论文-基于单片机的以太网终端(物联网).doc

基于单片机的嵌入式以太网控制终端设计 摘要：基于单片机技术的以太网终端广泛应用在各个领域，本文基于建荣AX2005+PHY的解决方案，实现ARP请求，以及ping命令。同时，本文详细介绍以太网接口的硬件设计和通信电路的抗干扰设计。覆盖单片机技术，通信技术，计算机网络技术等多个知识领域。 关键词：以太网协议； 信道编码； TCP/IP协议； 单片机； 一，设计背景及设计意义 随着单片机技术和嵌入式技术的广泛应用，以及通信技术的发展和计算机网络的普及，人们提出了对基于嵌入式系统的网络通信技术的应用需求。嵌入式网络通信系统将过去单一独立的嵌入式系统组成一个网络系统，使得嵌入式系统不再是一个独立的个体，而是一个整体信息化网络的一个部分。该技术广泛应用在智能设备，信息化家电，智能管理设备，安防监控设备等领域。 嵌入式网络系统具有以下特点：1，基于单片机系统。2，系统之间存在数据通讯。在嵌入式网络系统的实现方案中，有基于RS232/RS485总线协议，CAN总线协议，以太网协议，USB总线协议等多种方式。其中基于以太网协议的实现方案中，具有成本低，安装方便，通讯距离远，兼容性好和平台移植方便等多种优势。该技术广泛应用在以下领域。 1，实验室管理监控系统 某生化实验室需要建立一个实时监控系统，检测实验室人员出入，实验结果数据，实验室温度湿度。该实验室的仪器设备都有RS232接口输出打印，可以输出到单片机。门禁和各种传感器也接入单片机系统。这时候单片机可以通过以太网把数据提交到实验室的服务器上，服务器通过处理提交的数据，将控制命令通过以太网发给单片机，单片机再进行相应的操作。 2，智能家居系统 现代家居系统中，由于需要宽带接入，基本上所有住户都有局域网接入。在住户内 部搭建局域网也很方便。鉴于以上情况，利用以太网实现智能家居网络能够实现。 住房内的家电和各种设施，可以接入内部以太网实现相互通信，或者与上位机实现通信。上位机可以被用户远程控制，对居室的家电和设施进行控制，达到对居室的温度，光亮的调节，同时可以利用下位机（单片机）将室内监控系统的状况传到上位机，上位机通过分析可以向主人或者相关部门报告火警或者匪警。 3，信息化家电 传统家电是一个独立存在的系统，电器与电器之间没有丝毫联系。在信息化家电系统中，所有信息化家电组成一个局域网络系统，家电属于该系统中一个部分。信息化家电系统中，比如电饭锅，可以通过网络远程控制。假如用户需要下班回家就能吃上饭，可以在下班前通过远程控制协议给电饭锅发出指令，保证下班回家时饭刚好煮好。 二，设计实现方案理论 1，网络协议简介 四层以太网协议 网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如TCP/IP，是一组不同层次上的多个协议的组合。TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，如图可以看出这个四层协议的构架，每一层负责不同的功能。 表1 — 以太网协议分层 链路层：有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。 网络层：有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/I协议族中，网络层协议包括I协议（网际协议），ICMP协议（Interne互联网控制报文协议），以及IGM协议（Internet组管理协议）。 运输层：主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在T C P / I P协议族中，有两个互不相同的传输协议： TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。 TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。 而另一方面， UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组 从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠 性必须由应用层来提供。 这两种运输层协议分别在不同的应用程序中有不同的用途，这一点将在后面看到。 应用层：负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序： ? Telnet 远程登录。 ? FTP 文件传输协议。 ? SMTP 简单邮件传送协议。 ? SNMP 简单网络管理协议。 假设我们以FTP服务的工作为例，4层协议的工作原理如图 图1-2 OSI七层协议 物理层