探索Fast 100 Mbps Ethernet PICtail? Plus Daughter Board：功能、連接與配置全解析

在當(dāng)今高速發(fā)展的電子領(lǐng)域，以太網(wǎng)通信的穩(wěn)定性和高效性至關(guān)重要。Fast 100 Mbps Ethernet PICtail? Plus Daughter Board（AC164132）作為一款專(zhuān)業(yè)的以太網(wǎng)演示板，為評(píng)估Microchip Technology的ENC424J600和ENC624J600獨(dú)立10/100以太網(wǎng)控制器提供了理想的平臺(tái)。下面，我們將深入了解這款開(kāi)發(fā)板的特點(diǎn)、使用方法、跳線配置以及信號(hào)接口等方面的內(nèi)容。

文件下載：AC164132.pdf

一、產(chǎn)品概述

Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus Daughter Board主要用于評(píng)估Microchip的ENC424J600和ENC624J600以太網(wǎng)控制器。它是一款擴(kuò)展板，與眾多PICtail和PICtail Plus主機(jī)板兼容，像Explorer 16、PIC32 I/O擴(kuò)展板、PICDEM.net? 2以及PIC18 Explorer開(kāi)發(fā)板等都能與之適配。

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二、產(chǎn)品特點(diǎn)

核心控制器

• 采用ENC624J600 10/100以太網(wǎng)控制器，具備工廠預(yù)編程的MAC地址，詳細(xì)信息可參考“ENC424J600/624J600數(shù)據(jù)手冊(cè)”（DS39935）。

  硬件配置

• 配備25 MHz振蕩器和集成磁性RJ - 45連接器，為以太網(wǎng)通信提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源和可靠的物理連接。
• 具備PICtail Plus子板邊緣觸點(diǎn)，可通過(guò)SPI或PSP連接到Explorer 16和PIC32 I/O擴(kuò)展板；同時(shí)還有PICtail子板引腳頭，用于與PICDEM.net 2和PIC18 Explorer開(kāi)發(fā)板進(jìn)行SPI連接。

  功能跳線

• 設(shè)有配置跳線，支持PSP模式1 - 6、9和10，在PMP控制下可自動(dòng)進(jìn)行引腳重映射。
• 包含電流監(jiān)測(cè)跳線和以太網(wǎng)交叉開(kāi)關(guān)，方便用戶(hù)進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)連接調(diào)整。

  電源管理

• 擁有3.3V LDO穩(wěn)壓器，具備關(guān)機(jī)功能，可實(shí)現(xiàn)極低的睡眠電流，有效降低功耗。
• 針對(duì)PIC18 Explorer提供3.3V到5V的SPI電平轉(zhuǎn)換功能，確保不同電壓系統(tǒng)間的信號(hào)兼容性。

  軟件支持

• 提供用于Microchip TCP/IP堆棧的SSL加密附加軟件CD，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。

三、使用入門(mén)

連接準(zhǔn)備

在連接之前，要確保JP2 “I SENSE”跳線安裝了分流器，將兩個(gè)引腳短路。這一步對(duì)于設(shè)備的正常供電和電流監(jiān)測(cè)非常關(guān)鍵。

不同主機(jī)板連接方式

• Explorer 16：使用ENC624J600的SPI模式，將Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus的J2側(cè)邊緣觸點(diǎn)插入Explorer 16的J5插槽的最頂部位置，確保PICtail子板J2的引腳1與Explorer 16的J5引腳1對(duì)齊。以太網(wǎng)電纜應(yīng)連接到靠近Explorer 16板四個(gè)按鈕的一側(cè)。
• PIC32 I/O擴(kuò)展板：如果使用基于PIC32MX360F512L的入門(mén)套件，將J2側(cè)邊緣觸點(diǎn)插入PIC32 I/O擴(kuò)展板的J4或J2插槽的最頂部位置；若使用基于PIC32MX460F512L的PIC32 USB入門(mén)套件，則將PICtail子板的J2連接器插入J4或J2的中間位置，使PICtail子板J2的引腳1與PIC32 I/O擴(kuò)展板的相應(yīng)引腳對(duì)齊。
• PICDEM.net 2：采用SPI模式，將Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus的J4直角引腳頭插入PICDEM.net 2的J5母引腳頭，確保PICtail子板J4上標(biāo)有“RE2”的引腳1與PICDEM.net 2的J5引腳1對(duì)齊。
• PIC18 Explorer：同樣使用SPI模式，將Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus子板的J3和J4直角引腳頭分別插入PIC18 Explorer的J9和J3母引腳頭，使PICtail子板J3上標(biāo)有“ADJ”的引腳1與PIC18 Explorer的J9引腳1對(duì)齊。

  通電測(cè)試

  連接好PICtail子板和主機(jī)板后，給主機(jī)板通電。如果連接了以太網(wǎng)電纜且電纜另一端有連接設(shè)備，綠色以太網(wǎng)鏈路狀態(tài)LED會(huì)自動(dòng)亮起；若有以太網(wǎng)流量發(fā)送到PICtail子板，橙色或琥珀色的RX/TX活動(dòng)LED會(huì)閃爍。若鏈路LED未按預(yù)期亮起，可能是TX和RX以太網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)交換了，可以使用交叉以太網(wǎng)電纜或編寫(xiě)適當(dāng)?shù)墓碳?lái)切換MDIX控制信號(hào)，交換PICtail子板上的TX和RX數(shù)據(jù)對(duì)。

  進(jìn)一步評(píng)估

  進(jìn)一步評(píng)估需要在主機(jī)板上運(yùn)行TCP/IP堆棧軟件庫(kù)來(lái)控制以太網(wǎng)接口。Microchip TCP/IP Stack 5.00及更高版本可與該P(yáng)ICtail子板配合使用，可從Microchip網(wǎng)站（www.microchip.com/tcpip）下載最新版本。首次測(cè)試建議使用堆棧的預(yù)編譯.hex文件（如果有），以簡(jiǎn)化測(cè)試過(guò)程。

四、原理圖和物料清單

Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus的原理圖和物料清單可從Microchip網(wǎng)站（www.microchip.com/ethernet）獲取，也可通過(guò)安裝從www.microchip.com/tcpip下載的最新Microchip TCP/IP Stack獲得。

五、跳線配置

JP2

JP2與ENC624J600和以太網(wǎng)磁性元件的+3.3V電源串聯(lián)。若要從外部電源為ENC624J600供電，需移除JP2分流器，并將外部電源連接到紅色的3V3ETH測(cè)試點(diǎn)（TP2）；若要測(cè)量ENC624J600和磁性元件的電流使用情況，可將JP2分流器替換為電流表，但要注意當(dāng)所有功能啟用時(shí)，以太網(wǎng)解決方案的電流會(huì)超過(guò)200 mA，使用200 mA熔斷電流測(cè)量刻度時(shí)需謹(jǐn)慎。正常設(shè)備操作時(shí)，JP2必須用跳線分流器短路。

JP3

短路JP3可將ENC624J600的CLKOUT信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后連接到PICtail連接器（J4引腳5）。在使用PIC18 Explorer時(shí)，可通過(guò)OSC1輸入為PIC MCU提供時(shí)鐘，但要注意避免違反PIC18 Explorer上Y1晶體的規(guī)格，理想情況下應(yīng)移除Y1晶體。在PICDEM.net 2上，PICtail子板接口的引腳5未連接，因此JP3的狀態(tài)對(duì)該主機(jī)板無(wú)影響。若JP3保持開(kāi)路，最左邊的引腳可作為測(cè)量或使用ENC624J600 CLKOUT信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)。JP3的默認(rèn)狀態(tài)為開(kāi)路。

JP7 - JP11

JP7 - JP11控制J1 PICtail Plus子板邊緣觸點(diǎn)的引腳配置，用于各種并行接口模式。若使用SPI接口，JP7 - JP11的狀態(tài)無(wú)關(guān)緊要，但為避免ENC624J600的PSPCFGx輸入引腳浮空，建議JP9 - JP11跳線始終安裝分流器，可選擇3V3或GND配置。若使用并行接口模式，需根據(jù)所需模式設(shè)置跳線。

六、信號(hào)接口

PICtail子板雙行直角引腳頭（J3, J4, J5）

PICtail Plus（SPI, J2）

J2板邊緣觸點(diǎn)用于為Explorer 16和PIC32 I/O擴(kuò)展板提供SPI接口。J2板邊緣有特定的鍵位，插入Explorer 16和PIC32 I/O擴(kuò)展插槽有三種可能方式：

• 當(dāng)PICtail子板J2的引腳1與主機(jī)板的引腳1對(duì)齊時(shí)，使用SPI1引腳配置。
• 當(dāng)PICtail子板J2的引腳1與主機(jī)板的引腳33對(duì)齊時(shí)，使用SPI2引腳配置。
• 當(dāng)PICtail子板J2的引腳1與主機(jī)板的引腳94對(duì)齊時(shí)，為非法連接，請(qǐng)勿連接。

PICtail Plus（Parallel, J1）

J1板邊緣觸點(diǎn)用于評(píng)估ENC624J600設(shè)備的并行接口模式，僅Explorer 16和PIC32 I/O擴(kuò)展板支持該功能。J1連接器的引腳配置由主機(jī)微控制器通過(guò)并行主端口（PMP）外設(shè)驅(qū)動(dòng)。但在使用過(guò)程中存在一些限制，例如在Explorer 16上使用并行模式時(shí)，無(wú)法同時(shí)使用LCD模塊；某些PSP模式可能會(huì)導(dǎo)致總線爭(zhēng)用或EEPROM數(shù)據(jù)損壞等問(wèn)題。在使用前，務(wù)必檢查所有相關(guān)組件的原理圖，確保兼容性。

七、設(shè)計(jì)原理

自動(dòng)并行接口引腳更改

U1、U2、U3、U5、U13和U14是用于更改并行PICtail Plus板邊緣觸點(diǎn)引腳配置的總線開(kāi)關(guān)和膠合邏輯。在普通應(yīng)用電路中，這些元件并非必需，可直接連接主機(jī)處理器和ENC424J600/624J600之間的適當(dāng)SPI或PSP接口引腳。

電源供應(yīng)和關(guān)機(jī)

U7及其周?chē)M件構(gòu)成具有關(guān)機(jī)功能的3.3V穩(wěn)壓電源。當(dāng)插入PICDEM.net 2時(shí)，僅提供單個(gè)5V電源，MCP1825 LDO穩(wěn)壓器為ENC624J600、相關(guān)上拉電阻和以太網(wǎng)磁性元件提供所需的3.3V電源。由于ENCX24J600在睡眠模式下會(huì)消耗大量電流，在某些應(yīng)用中，通過(guò)SHDN信號(hào)完全斷開(kāi)ENCX24J600和磁性元件的電源比使用其睡眠功能更有益。斷開(kāi)電源時(shí)，軟件中需將所有SPI/PSP接口信號(hào)設(shè)置為三態(tài)或驅(qū)動(dòng)到GND，以避免電流通過(guò)I/O引腳進(jìn)入ENCX24J600。若應(yīng)用電路已有3.3V穩(wěn)壓電源，可使用MOSFET替換MCP1825，以降低成本。

以太網(wǎng)自動(dòng)交叉

U8是一個(gè)能夠雙向傳輸模擬信號(hào)的四路2:1多路復(fù)用器總線開(kāi)關(guān)，其作用是在運(yùn)行時(shí)通過(guò)軟件控制交換RJ - 45連接器的TPOUT+/-和TPIN+/-接口引腳。當(dāng)用戶(hù)插入錯(cuò)誤類(lèi)型的以太網(wǎng)電纜時(shí)，軟件可通過(guò)MDIX信號(hào)自動(dòng)交換兩個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，實(shí)現(xiàn)真正的即插即用體驗(yàn)。若目標(biāo)應(yīng)用不需要自動(dòng)交叉功能，可將MDIX信號(hào)設(shè)置為三態(tài)或主動(dòng)驅(qū)動(dòng)為低電平來(lái)禁用該功能；若要完全移除該功能，可拆除U8并在R10 - R12和R16處安裝0Ω電阻。

八、總結(jié)

Fast 100 Mbps Ethernet PICtail Plus Daughter Board為評(píng)估Microchip的以太網(wǎng)控制器提供了一個(gè)功能豐富、靈活的平臺(tái)。通過(guò)合理配置跳線和正確連接主機(jī)板，用戶(hù)可以輕松實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。在使用過(guò)程中，要注意各組件的兼容性和限制，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。希望本文能幫助電子工程師更好地了解和使用這款開(kāi)發(fā)板，你在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些有趣的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。