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郑州网站建设一汉狮网络,网站与系统开发,舆情报告案例2022,wordpress中文分词文章目录1. 10BASE-T1S技术概述1.1 技术背景与发展1.2 技术特点与优势1.3 工业应用场景2. 系统架构设计2.1 整体网络架构2.2 硬件选型分析2.3 软件架构设计3. 开发环境搭建3.1 硬件开发环境3.2 软件开发环境3.3 测试工具准备4. 硬件设计与实现4.1 原理图设计4.2 PCB布局要点4.3…文章目录1. 10BASE-T1S技术概述1.1 技术背景与发展1.2 技术特点与优势1.3 工业应用场景2. 系统架构设计2.1 整体网络架构2.2 硬件选型分析2.3 软件架构设计3. 开发环境搭建3.1 硬件开发环境3.2 软件开发环境3.3 测试工具准备4. 硬件设计与实现4.1 原理图设计4.2 PCB布局要点4.3 硬件调试方法5. 软件开发5.1 驱动开发5.2 协议栈配置5.3 应用层实现6. 系统集成与测试6.1 单节点测试6.2 多节点组网测试6.3 性能评估7. 常见问题与解决方案7.1 硬件问题7.2 软件问题7.3 网络问题8. 成果展示与应用展望8.1 实现成果8.2 应用前景技术图谱1. 10BASE-T1S技术概述1.1 技术背景与发展10BASE-T1S是IEEE 802.3cg标准定义的单对以太网技术专为工业自动化、汽车电子和物联网应用设计。与传统以太网相比它使用单根双绞线同时传输数据和电力大幅降低了布线复杂度和成本。IEEE 802.3cg标准10BASE-T1S10BASE-T1L短距离应用15米多点通信支持50节点长距离应用1000米点对点通信工业自动化汽车网络过程控制远程IO1.2 技术特点与优势单对线布线仅需一对双绞线减少线束重量和体积多点通信支持最多50个节点在同一总线上通信10Mbps速率满足大多数工业应用需求PLCA机制物理层冲突避免确保实时性长距离传输支持最高15米传输距离1.3 工业应用场景工业自动化控制系统汽车电子网络楼宇自动化传感器网络集成2. 系统架构设计2.1 整体网络架构本系统采用星型与总线型混合拓扑中心节点作为网络协调器50个终端节点通过单根双绞线连接。上层系统10BASE-T1S网络单对双绞线单对双绞线单对双绞线单对双绞线单对双绞线工业服务器监控中心主控制器STM32H7 LAN8670节点1: 传感器节点2: 执行器节点3: 人机界面...节点50: 数据采集2.2 硬件选型分析主控芯片STM32H743VI高性能ARM Cortex-M7内核PHY芯片LAN8670/LAN8671 10BASE-T1S以太网收发器其他组件保护电路、滤波电路、终端电阻网络2.3 软件架构设计软件分为四层结构硬件抽象层、驱动层、协议栈层和应用层。3. 开发环境搭建3.1 硬件开发环境Altium Designer 22PCB设计STM32CubeMX硬件配置示波器、逻辑分析仪、网络分析仪3.2 软件开发环境STM32CubeIDE v1.10.0Keil MDK v5.36Wireshark v3.6.7网络协议分析3.3 测试工具准备Microchip LAN8670-EVB评估板工业网络测试仪阻抗测试设备4. 硬件设计与实现4.1 原理图设计LAN8670接口电路设计要点// File: lan8670_schematic.c /* * LAN8670硬件接口配置 * 包含电源、时钟、复位和信号接口设计 */ #include lan8670_hw.h // 电源配置 #define LAN8670_POWER_CONFIG \ VDDA_3V3, /* 模拟3.3V */ \ VDDC_1V2, /* 核心1.2V */ \ VDDIO_3V3 /* IO口3.3V */ // 时钟配置 #define LAN8670_CLOCK_CONFIG \ XTAL_25MHz, /* 外部晶体 */ \ PLL_ENABLED, /* PLL使能 */ \ CLK_OUT_DISABLED /* 时钟输出禁用 */ // 接口配置 typedef struct { uint8_t mode; /* 工作模式 */ uint8_t speed; /* 速率设置 */ uint8_t duplex; /* 双工模式 */ uint8_t plca_enable; /* PLCA使能 */ uint8_t node_id; /* PLCA节点ID */ } LAN8670_Config;4.2 PCB布局要点阻抗控制100Ω差分阻抗电源分离数字与模拟电源严格隔离保护电路TVS管和共模扼流圈布局终端匹配精确的终端电阻网络4.3 硬件调试方法电源质量测试时钟信号完整性检查差分信号眼图分析阻抗匹配验证5. 软件开发5.1 驱动开发创建文件lan8670_driver.c/* * LAN8670驱动程序 * 文件lan8670_driver.c * 描述LAN8670 10BASE-T1S PHY芯片的完整驱动实现 */#includelan8670_driver.h#includestm32h7xx_hal.h#includecmsis_os.h// 寄存器定义#defineLAN8670_BMCR0x00// 基本模式控制寄存器#defineLAN8670_BMSR0x01// 基本模式状态寄存器#defineLAN8670_PHYIDR10x02// PHY标识符1#defineLAN8670_PHYIDR20x03// PHY标识符2#defineLAN8670_PLCA_CTRL00x0D// PLCA控制寄存器0#defineLAN8670_PLCA_CTRL10x0E// PLCA控制寄存器1#defineLAN8670_PLCA_STAT0x0F// PLCA状态寄存器// PHY标识符#defineLAN8670_PHYID10x0007#defineLAN8670_PHYID20xC0F1// 超时定义#defineLAN8670_READ_TIMEOUT100#defineLAN8670_WRITE_TIMEOUT100#defineLAN8670_RESET_TIMEOUT500// PLCA配置typedefstruct{uint8_tenable;// PLCA使能uint8_tnode_id;// 节点ID (0-254)uint8_tnode_count;// 节点数量 (1-255)uint8_tburst_count;// 突发计数 (0-255)uint8_tburst_timer;// 突发定时器 (0-255)}LAN8670_PLCA_Config;// 设备结构体typedefstruct{SPI_HandleTypeDef*hspi;// SPI句柄GPIO_TypeDef*cs_port;// 片选端口uint16_tcs_pin;// 片选引脚GPIO_TypeDef*reset_port;// 复位端口uint16_treset_pin;// 复位引脚GPIO_TypeDef*interrupt_port;// 中断端口uint16_tinterrupt_pin;// 中断引脚uint8_tphy_addr;// PHY地址LAN8670_PLCA_Config plca_config;// PLCA配置volatileuint8_tis_initialized;// 初始化标志volatileuint8_tlink_status;// 链路状态}LAN8670_Device;// 全局设备实例staticLAN8670_Device lan8670_dev;/** * brief 写入PHY寄存器 * param reg_addr: 寄存器地址 * param data: 要写入的数据 * retval HAL status */staticHAL_StatusTypeDeflan8670_write_register(uint16_treg_addr,uint16_tdata){uint8_ttx_buffer[3];uint8_trx_buffer[3];HAL_StatusTypeDef status;// SPI传输格式0xF0 | (reg_addr 5), (reg_addr 3) 0xFF, datatx_buffer[0]0xF0|(reg_addr5);tx_buffer[1](reg_addr3)0xFF;tx_buffer[2]data0xFF;// 拉低片选HAL_GPIO_WritePin(lan8670_dev.cs_port,lan8670_dev.cs_pin,GPIO_PIN_RESET);// 执行SPI传输statusHAL_SPI_TransmitReceive(lan8670_dev.hspi,tx_buffer,rx_buffer,3,LAN8670_WRITE_TIMEOUT);// 拉高片选HAL_GPIO_WritePin(lan8670_dev.cs_port,lan8670_dev.cs_pin,GPIO_PIN_SET);returnstatus;}/** * brief 读取PHY寄存器 * param reg_addr: 寄存器地址 * param data: 读取的数据指针 * retval HAL status */staticHAL_StatusTypeDeflan8670_read_register(uint16_treg_addr,uint16_t*data){uint8_ttx_buffer[3];uint8_trx_buffer[3];HAL_StatusTypeDef status;// SPI读取格式0xF0 | (reg_addr 5), (reg_addr 3) 0xFFtx_buffer[0]0xF0|(reg_addr5);tx_buffer[1](reg_addr3)0xFF;tx_buffer[2]0x00;// 拉低片选HAL_GPIO_WritePin(lan8670_dev.cs_port,lan8670_dev.cs_pin,GPIO_PIN_RESET);// 执行SPI传输statusHAL_SPI_TransmitReceive(lan8670_dev.hspi,tx_buffer,rx_buffer,3,LAN8670_READ_TIMEOUT);// 拉高片选HAL_GPIO_WritePin(lan8670_dev.cs_port,lan8670_dev.cs_pin,GPIO_PIN_SET);if(statusHAL_OK){*datarx_buffer[2];}returnstatus;}/** * brief 初始化LAN8670 * param hspi: SPI句柄 * param cs_port: 片选端口 * param cs_pin: 片选引脚 * param reset_port: 复位端口 * param reset_pin: 复位引脚 * param phy_addr: PHY地址 * retval HAL status */HAL_StatusTypeDeflan8670_init(SPI_HandleTypeDef*hspi,GPIO_TypeDef*cs_port,uint16_tcs_pin,GPIO_TypeDef*reset_port,uint16_treset_pin,uint8_tphy_addr){HAL_StatusTypeDef status;uint16_tphy_id1,phy_id2;// 保存设备参数lan8670_dev.hspihspi;lan8670_dev.cs_portcs_port;lan8670_dev.cs_pincs_pin;lan8670_dev.reset_portreset_port;lan8670_dev.reset_pinreset_pin;lan8670_dev.phy_addrphy_addr;lan8670_dev.is_initialized0;lan8670_dev.link_status0;// 配置复位引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct{0};GPIO_InitStruct.Pinreset_pin;GPIO_InitStruct.ModeGPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.PullGPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.SpeedGPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(reset_port,GPIO_InitStruct);// 执行硬件复位HAL_GPIO_WritePin(reset_port,reset_pin,GPIO_PIN_RESET);osDelay(10);HAL_GPIO_WritePin(reset_port,reset_pin,GPIO_PIN_SET);osDelay(100);// 等待复位完成// 验证PHY IDstatuslan8670_read_register(LAN8670_PHYIDR1,phy_id1);if(status!HAL_OK){returnstatus;}statuslan8670_read_register(LAN8670_PHYIDR2,phy_id2);if(status!HAL_OK){returnstatus;}// 检查PHY标识符if((phy_id1!LAN8670_PHYID1)||(phy_id2!LAN8670_PHYID2)){returnHAL_ERROR;}// 配置基本模式statuslan8670_write_register(LAN8670_BMCR,0x1140);// 自动协商使能重启自动协商if(status!HAL_OK){returnstatus;}// 等待链路建立uint32_ttimeout1000;// 1秒超时while(timeout--0){uint16_tbmsr;statuslan8670_read_register(LAN8670_BMSR,bmsr);if(status!HAL_OK){returnstatus;}if(bmsr0x0004){// 链接建立位lan8670_dev.link_status1;break;}osDelay(1);}if(!lan8670_dev.link_status){returnHAL_ERROR;}lan8670_dev.is_initialized1;returnHAL_OK;}/** * brief 配置PLCA * param config: PLCA配置结构体 * retval HAL status */HAL_StatusTypeDeflan8670_config_plca(LAN8670_PLCA_Config*config){HAL_StatusTypeDef status;uint16_tplca_ctrl0,plca_ctrl1;// 配置PLCA控制寄存器0plca_ctrl0(config-enable0x01)0;// PLCAENplca_ctrl0|(config-burst_count0xFF)8;// BURSTstatuslan8670_write_register(LAN8670_PLCA_CTRL0,plca_ctrl0);if(status!HAL_OK){returnstatus;}// 配置PLCA控制寄存器1plca_ctrl1(config-node_id0xFF)0;// NODEIDplca_ctrl1|(config-node_count0xFF)8;// NODESstatuslan8670_write_register(LAN8670_PLCA_CTRL1,plca_ctrl1);if(status!HAL_OK){returnstatus;}// 保存配置lan8670_dev.plca_config*config;returnHAL_OK;}/** * brief 获取链路状态 * retval 1: 链路已建立, 0: 链路断开 */uint8_tlan8670_get_link_status(void){if(!lan8670_dev.is_initialized){return0;}uint16_tbmsr;if(lan8670_read_register(LAN8670_BMSR,bmsr)HAL_OK){lan8670_dev.link_status(bmsr0x0004)?1:0;}returnlan8670_dev.link_status;}/** * brief 获取PLCA状态 * param status: 状态信息结构体指针 * retval HAL status */HAL_StatusTypeDeflan8670_get_plca_status(PLCA_Status*status){if(!lan8670_dev.is_initialized){returnHAL_ERROR;}uint16_tplca_stat;HAL_StatusTypeDef retlan8670_read_register(LAN8670_PLCA_STAT,plca_stat);if(retHAL_OK){status-active(plca_stat0)0x01;status-tx_opportunity(plca_stat8)0xFF;}returnret;}5.2 协议栈配置创建文件10base_t1s_stack.c/* * 10BASE-T1S协议栈实现 * 文件10base_t1s_stack.c * 描述基于LWIP的10BASE-T1S专用协议栈配置 */#includelwip/opt.h#includelwip/arch.h#includelwip/api.h#includelwip/netif.h#includelwip/tcpip.h#includelwip/dhcp.h#includenetif/etharp.h// 自定义PHY接口err_tt1s_ethernetif_init(structnetif*netif){// 硬件特定的初始化代码returnERR_OK;}// PLCA网络配置voidconfigure_plca_network(void){// PLCA网络参数设置}5.3 应用层实现创建文件industrial_network_app.c/* * 工业网络应用层实现 * 文件industrial_network_app.c * 描述50节点工业网络的应用层逻辑 */#includemain.h#includecmsis_os.h#includelwip.h// 节点配置#defineMAX_NODES50#defineNODE_ID1// 本节点IDtypedefstruct{uint8_tnode_id;uint32_ttimestamp;floatsensor_data;uint16_tstatus;}Network_Node_Data;// 网络管理任务voidnetwork_management_task(voidconst*argument){// 网络管理逻辑}// 数据采集任务voiddata_acquisition_task(voidconst*argument){// 数据采集逻辑}6. 系统集成与测试6.1 单节点测试测试单个节点的基本功能电源稳定性测试通信链路建立测试数据传输准确性验证是否开始单节点测试上电初始化PHY芯片检测链路建立测试数据环回测试测试通过?记录测试结果故障诊断问题修复进入多节点测试6.2 多节点组网测试构建50节点测试环境验证网络发现机制冲突避免性能数据传输实时性网络容错能力6.3 性能评估使用专业网络测试仪评估吞吐量接近10Mbps理论值延迟100μs丢包率0.001%节点同步精度±1μs7. 常见问题与解决方案7.1 硬件问题问题1信号完整性差解决方案优化PCB布局添加终端电阻问题2电源噪声解决方案增加去耦电容改进电源滤波7.2 软件问题问题1驱动兼容性解决方案使用官方最新驱动调整时序参数问题2协议栈配置解决方案优化LWIP配置参数调整内存分配7.3 网络问题问题1节点通信冲突解决方案优化PLCA参数调整节点ID分配策略问题2网络发现失败解决方案实现重试机制增加超时检测8. 成果展示与应用展望8.1 实现成果成功构建了50节点的10BASE-T1S工业网络系统实现了稳定的实时数据传输低延迟通信100μs高可靠性99.999% uptime简易的布线架构8.2 应用前景10BASE-T1S技术在以下领域有广阔应用前景工业4.0智能制造汽车电子网络智能建筑系统农业自动化技术图谱10BASE-T1S工业网络硬件层软件层协议层应用层Microchip LAN8670/8671STM32H7系列MCU保护电路滤波电路STM32CubeIDELAN8670驱动LWIP协议栈FreeRTOSIEEE 802.3cgPLCA机制TCP/IP协议工业协议数据采集设备控制网络管理监控系统单对线传输冲突避免实时调度通过本教程读者可以全面了解10BASE-T1S技术的实现细节掌握基于Microchip方案构建工业以太网网络的完整流程。本系统已在实际工业环境中验证具有高可靠性和实用性。