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基于单片机的串口转以太网设计

摘要：随着计算机通信技术和网络技术的发展,在嵌入式系统中集成以太网

口实现与其它计算机设备之间的高速数据传输就显得尤为重要。本文结合以太网

接口芯片W5500的主要特点、芯片引脚定义、内部寄存器使用说明，设计了一款

基于STM32芯片与W5500高速以太网控制芯片的嵌入式以太网系统，充分发挥了

STM32芯片的Cortex-M3内核低成本低功耗的特性，同时该设计直接使用W5500

固化的TCP/IP协议站，提高了系统的性能。

关键词：以太网以太网接口W5500芯片

随着嵌入式系统与网络的密切关系和TCP-IP网络的迅速普及，TCP-IP网络

在工业领域具有良好的应用前景。与过去工业领域广泛使用的串行传输相比，

TCP/IP连接器网络具有更宽的带宽、更快的传输速度、更远的传输距离和更广泛

的通信服务等特点[1]。由于TCP和IP通信环境的多样性，很难根据其基本IP环

境自动纠正数据传输错误。由于串行通信的传输方式容易受到普通模式的干扰，

因此抗干扰能力差，传输容易出错。在实际应用中，如果不超过最大传输长度，

串行端口的最大传输速度为115200比特/秒[2]。本文设计的以太网系统允许设备

使用串口进行数据传输访问网络，包括串口通信、内置微控制器驱动程序、协议

移植和服务器构建。

1系统硬件设计

本系统设计采用STM32F103C8T6微控制器和W5500芯片搭建的网络系统，串

口转网络硬件系统主要包括微处理器模块、以太网控模块、电源模块、电平转换、

网口设计等。其中，以太网芯片W5500与微控制器芯片STM32F103C8T6之间采用

SPI接口，电源电路包含了微控制器芯片STM32F103C8T6所引出的两个串口。

2系统软件设计

系统软件设计包含串口相关配置、TCP通信的实现、UDP通信的实现等。由

于W5500强化了协议，所以需要设计与套接字的接口。这不仅简化了设计过程，

还降低了微控制器的处理能力和系统资源的使用。主程序流程如图1-1所示。

图1-1系统流程图

TCP服务器的编写遵循常用网络服务器编程模型，即先绑定地址，再进行连

接监听，当有客户端主动发起连接请求时则建立稳定连接，然后进行连接的处理，

如数据的获取和发送，最后断开连接。本设计的串口波特率设置的为115200，可

直接通过设置USARTmodeconfig中的字段USART_BaudRate=115200。TCP协议

是TCP/IP协议栈中的一种，该协议是现在目前市面上工业中用于连接的一种主

流协议，主要原因是该协议可靠安全性高，他建立连接是为了确保设计的IP地

址、设备端口号、物理链路等正确无误，以保证数据传输的畅通。TCP建立连接

时需要发送三个确认包，俗称三次握手。UDP是非连接传输协议，没有三次握手

五次挥手的过程，不需要发送ack确认包确认。

3系统功能测试

3.1TCP测试

首先，使用网线将以太网设计端口连接到计算机的网络端口，并使用网线将

以太网设计端口连接到计算机的网络端口。检测到硬件连接中没有故障后，为模

块通电。关闭防火墙和禁用多余网卡，以保证测试不受其他因素的干扰。其次，

设置静态IP关闭网卡默认的动态获取IP，设置IP确保和本设计在同一网段。

在设备管理器中查看端口信息，确定本设计串口使用的串口号。打开一个串口调

试软件，把串口对应的参数设置为和你设计串口参数一致即可，注意把循环周期

时间设置为1000毫秒。在本测试中，网关为192.168.1.1，IP地址为

192.168.1.20，子网掩码为255.255.255.0，源端口号为5000，目标IP地址为

192.168.1.16，目标端口号为5000。完成上述配置后，可在windows下面的有哪些信誉好的足球投注网站

框输入cmd使用命令提示输入对应的地址ping一下，来测试两端是否可以传输

数据。最后，打开网络测试助手，就可以建立TCP的服务器与客户端之间的通信，

源端口设置5000、目标端口设置5000，点击打开TCP链接在发送数据框输入

2022毕业设计串口那边可以正常接收到，在串口那边输入山东协和学院网络这

边也可以接受到如图1-2所示。

图1-2TCP测试结果

3.2UDP测试

W5500端口在UD