以太网通讯接口软硬件设计(附件)【字数：10605】
摘 要随着嵌入式系统与通信技术的发展，嵌入式系统中集成以太网口与其他设备之间实现数据通讯也越来越重要。因此以太网接口的设计也成为一个重要的研究课题。本文以微处理器STM32与以太网接口芯片W5500为核心组成以太网通信系统。为了实现与其他联网设备之间的数据通讯，本次设计以PC机为例，介绍如何实现系统与PC机之间的数据通讯。详细介绍了系统的各个模块，微处理器与W5500之间的SPI连接，以及客户端与服务器之间的TCP通信过程。为了测试数据通讯结果，PC机上运行网络调试助手作客户端，STM32结合W5500作服务器，最终实现了两者间的数据通讯。该以太网通讯接口通信速度快，稳定性高，可以应用在工业控制领域。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的意义与前景 1
1.3 课题研究内容 2
第二章 系统硬件设计 3
2.1 总体介绍 3
2.2 STM32开发板介绍 4
2.2.1 STM32开发板特点与功能介绍 4
2.2.2 各模块介绍 5
2.3 W5500芯片介绍 6
2.3.1 TCP/IP协议介绍 7
2.3.2 W5500芯片特点及应用 10
2.3.3 W5500芯片引脚及其功能 10
2.4 SPI通信 11
第三章 系统软件设计 13
3.1 主函数设计 13
3.2 TCP通信 18
第四章 系统测试和数据通讯实验 21
4.1 实验设计 21
4.2 程序功能测试 21
4.3 实验总结 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
自从八十年代以太网出现以来，各个国家地区不断趋于一个整体，而最近的20年以太网的发展越发迅速，21世纪已经进入信息时代。在上世纪八十年代以太网才出现，出现至今也不过四十年，却经历了最初的标准以太网，到如今的百兆以太网，千兆以太网。以太网技术的发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
速度由人们的需求决定，随着需求的增长，也会加快以太网技术的发展。
随着网络和嵌入式系统发展的越来越快，嵌入式以太网技术也不断改进，传统的嵌入式以太网技术是先编写以太网协议，接着利用控制器实现与其他设备之间的数据通讯，由于要编写协议系统不稳定，难度也很大；最后利用ARM这类高性能处理器，通过在处理器上运行操作系统完成TCP/IP通信协议，最终实现以太网通信。而现阶段的嵌入式以太网接口技术先将微控制器如STM32与W5500这类集成TCP/IP通信协议的芯片之间连接，利用W5500这类芯片自身内部已经固化了TCP/IP协议栈的特点，对芯片进行简单的Socket设置之后便可实现与其他联网设备之间的数据通讯。相比较于传统的嵌入式以太网技术如今的技术使用成本较低，难度也不大。就目前来讲，是最好实现以太网数据通信的嵌入式以太网技术。
了解计算机的朋友们都知道TCP/IP协议是互联网发展的基础。该协议起源于上世纪冷战时期，美国国防部因为线路等的原因导致网络的瘫痪，进而致使信息传输的失败，新的网络技术应运而生。TCP/IP协议覆盖了OSI模型的网络层与传输层。TCP/IP不仅仅包括TCP/IP这两种基本协议，TCP/IP协议实际是所有协议栈的统称，它不仅仅包括UDP ，IGMP，ARP等协议，让电脑自动获取IP地址的DHCP，以及可以访问域名并使其成为可能的域名系统。最后还包括许多应用层的协议，比如大家熟知的HTTP（超文本传输协议），FTP（文件传输协议），SMTP（简单邮件传输协议）等等一些应用层协议。
1.2 课题研究的意义与前景
从平时生活中出现的形形色色的新奇实物就可以看出近年来嵌入式技术的发展速度越来越快，很多人对嵌入式系统没有准确的概念，但是嵌入式产业涉及的领域的的确确影响着全世界人民的生活、工作，不同的嵌入式系统设备之间也有许多联系。大家熟知的PDA（掌上电脑）、手机/车载导航、多媒体、数字电视......这些民用行业都是嵌入式系统应用，嵌入式系统在工控与军工方面也有广泛的运用，雷达，导航，远距离控制等等都在体现着嵌入式系统带给人们的便利。
以手机行业来讲，手机行业是最能体现嵌入式系统的发展速度的，因为如今几乎人人一部手机，每天花很多时间在手机上。而手机的功能也越来越多样化，由原来的只能打电话发短信到如今手机上出现的形形色色的软件，不仅能打电话、发短信还能拍照，导航，付款等等，而谁又能想象这都是在短短二十年里发展起来的，一个内部芯片如今已经集成了越来越多的功能。究其原因一方面是手机得到了大规模普及，二十年前还是个稀罕物，如今人手一部。另一方面便是手机的功能越来越多样化，发展越来越快。几年前手机还在2G，3G，功能单一，只能收发消息，如今4G早已普及，手机功能越来越多，也即将迎来5G时代。未来嵌入式技术的发展必定是越来越迅猛。
嵌入式以太网技术是指在嵌入式系统中接入以太网，与其他设备之间实现数据通信，这项技术十分关键，可以应用于一些远距离信息传输，在工业自动化技术领域得到了广泛的运用。不久的未来，嵌入式以太网时代很快便会到来。
上世纪八十年代，人们想要电脑与电脑之间连接，两者之间数据共享，于是出现了原生以太网；21世纪初，人们想要随时随地上网以及需要稳定的网络，于是有了运营商以太网；最近十年，人们想要成本低，速度快的高速网络，于是有了快速以太网。5G，VR/AR也在快速发展。从这些迹象不难看出网络发展的轨迹，而人们的要求以后只会越来越多，发展也会越来越快。
1.3 课题研究内容
本次课题主要研究的是基于嵌入式的以太网通信，使用基于ARM的微处理器STM32F103和以太网接口芯片W5500，实现TCP/IP协议通讯。由于W5500芯片自身集成了TCP/IP协议栈，不用编写以太网协议，减小了难度。研究内容如下：
（1）了解W5500芯片的工作原理与使用方法，并了解TCP/IP协议；
（2）利用基于ARM的微处理器STM32F103和以太网接口芯片W5500，最终实现基于TCP/IP协议通讯；
（3）采用以太网通讯调试软件，利用设计的设备实现与其他设备的以太网通讯过程。以PC机为例，微处理器与W5500作服务器，PC机上运行一个网络调试助手作客户端，实现两者之间数据通讯。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的意义与前景 1
1.3 课题研究内容 2
第二章 系统硬件设计 3
2.1 总体介绍 3
2.2 STM32开发板介绍 4
2.2.1 STM32开发板特点与功能介绍 4
2.2.2 各模块介绍 5
2.3 W5500芯片介绍 6
2.3.1 TCP/IP协议介绍 7
2.3.2 W5500芯片特点及应用 10
2.3.3 W5500芯片引脚及其功能 10
2.4 SPI通信 11
第三章 系统软件设计 13
3.1 主函数设计 13
3.2 TCP通信 18
第四章 系统测试和数据通讯实验 21
4.1 实验设计 21
4.2 程序功能测试 21
4.3 实验总结 24
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
自从八十年代以太网出现以来，各个国家地区不断趋于一个整体，而最近的20年以太网的发展越发迅速，21世纪已经进入信息时代。在上世纪八十年代以太网才出现，出现至今也不过四十年，却经历了最初的标准以太网，到如今的百兆以太网，千兆以太网。以太网技术的发展 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
速度由人们的需求决定，随着需求的增长，也会加快以太网技术的发展。
随着网络和嵌入式系统发展的越来越快，嵌入式以太网技术也不断改进，传统的嵌入式以太网技术是先编写以太网协议，接着利用控制器实现与其他设备之间的数据通讯，由于要编写协议系统不稳定，难度也很大；最后利用ARM这类高性能处理器，通过在处理器上运行操作系统完成TCP/IP通信协议，最终实现以太网通信。而现阶段的嵌入式以太网接口技术先将微控制器如STM32与W5500这类集成TCP/IP通信协议的芯片之间连接，利用W5500这类芯片自身内部已经固化了TCP/IP协议栈的特点，对芯片进行简单的Socket设置之后便可实现与其他联网设备之间的数据通讯。相比较于传统的嵌入式以太网技术如今的技术使用成本较低，难度也不大。就目前来讲，是最好实现以太网数据通信的嵌入式以太网技术。
了解计算机的朋友们都知道TCP/IP协议是互联网发展的基础。该协议起源于上世纪冷战时期，美国国防部因为线路等的原因导致网络的瘫痪，进而致使信息传输的失败，新的网络技术应运而生。TCP/IP协议覆盖了OSI模型的网络层与传输层。TCP/IP不仅仅包括TCP/IP这两种基本协议，TCP/IP协议实际是所有协议栈的统称，它不仅仅包括UDP ，IGMP，ARP等协议，让电脑自动获取IP地址的DHCP，以及可以访问域名并使其成为可能的域名系统。最后还包括许多应用层的协议，比如大家熟知的HTTP（超文本传输协议），FTP（文件传输协议），SMTP（简单邮件传输协议）等等一些应用层协议。
1.2 课题研究的意义与前景
从平时生活中出现的形形色色的新奇实物就可以看出近年来嵌入式技术的发展速度越来越快，很多人对嵌入式系统没有准确的概念，但是嵌入式产业涉及的领域的的确确影响着全世界人民的生活、工作，不同的嵌入式系统设备之间也有许多联系。大家熟知的PDA（掌上电脑）、手机/车载导航、多媒体、数字电视......这些民用行业都是嵌入式系统应用，嵌入式系统在工控与军工方面也有广泛的运用，雷达，导航，远距离控制等等都在体现着嵌入式系统带给人们的便利。
以手机行业来讲，手机行业是最能体现嵌入式系统的发展速度的，因为如今几乎人人一部手机，每天花很多时间在手机上。而手机的功能也越来越多样化，由原来的只能打电话发短信到如今手机上出现的形形色色的软件，不仅能打电话、发短信还能拍照，导航，付款等等，而谁又能想象这都是在短短二十年里发展起来的，一个内部芯片如今已经集成了越来越多的功能。究其原因一方面是手机得到了大规模普及，二十年前还是个稀罕物，如今人手一部。另一方面便是手机的功能越来越多样化，发展越来越快。几年前手机还在2G，3G，功能单一，只能收发消息，如今4G早已普及，手机功能越来越多，也即将迎来5G时代。未来嵌入式技术的发展必定是越来越迅猛。
嵌入式以太网技术是指在嵌入式系统中接入以太网，与其他设备之间实现数据通信，这项技术十分关键，可以应用于一些远距离信息传输，在工业自动化技术领域得到了广泛的运用。不久的未来，嵌入式以太网时代很快便会到来。
上世纪八十年代，人们想要电脑与电脑之间连接，两者之间数据共享，于是出现了原生以太网；21世纪初，人们想要随时随地上网以及需要稳定的网络，于是有了运营商以太网；最近十年，人们想要成本低，速度快的高速网络，于是有了快速以太网。5G，VR/AR也在快速发展。从这些迹象不难看出网络发展的轨迹，而人们的要求以后只会越来越多，发展也会越来越快。
1.3 课题研究内容
本次课题主要研究的是基于嵌入式的以太网通信，使用基于ARM的微处理器STM32F103和以太网接口芯片W5500，实现TCP/IP协议通讯。由于W5500芯片自身集成了TCP/IP协议栈，不用编写以太网协议，减小了难度。研究内容如下：
（1）了解W5500芯片的工作原理与使用方法，并了解TCP/IP协议；
（2）利用基于ARM的微处理器STM32F103和以太网接口芯片W5500，最终实现基于TCP/IP协议通讯；
（3）采用以太网通讯调试软件，利用设计的设备实现与其他设备的以太网通讯过程。以PC机为例，微处理器与W5500作服务器，PC机上运行一个网络调试助手作客户端，实现两者之间数据通讯。
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