本文介绍一种以 ENC28J60 为核心的嵌入式以太网接口实现方案，并描述该系统硬件架构的设计方法。在简要介绍以太网控制器 ENC28J60 的结构、功能与外围电路的基础上，重点阐述 ENC28J60 与 ATmega16 之间的 SPI 通信设计。该方案成本低，可实现 500 kbps 以上的传输速率，能够满足嵌入式系统的 Internet 控制要求。

一、ENC28J60 的应用与外围电路

利用 ENC28J60 可以构成不同功能的网络终端节点，如网络服务器、具有 Internet 功能的设备、远程监控（数据采集与诊断）设备等。图 1 所示为基于 ENC28J60 的嵌入式网络接口硬件电路原理图。

图 1　基于 ENC28J60 的嵌入式网络接口电路

电路中包含：2 个 LED 状态指示灯，主要用于显示网络连接状态，包括 PHY 是否冲突、连接是否建立、是否正在接收数据、连接速度以及双工模式等；必需的偏置电阻 R3（2 kΩ，精度 1%）；高速局域网电磁隔离模块（即 RJ45 以太网接口）。应用中，ENC28J60 的物理端口与隔离变压器 HR901170A 连接时必须符合 IEEE 802.3 对物理层规范的要求，例如 RJ45 插孔与隔离变压器的间隔应尽量小，输出和输入差分信号对的走线要有良好的隔离。

二、与 ATmega16 的 SPI 通信设计

电路中的主控制器采用 Atmel 公司的 ATmega16 单片机。它具有先进的 RISC（精简指令集计算机）结构、16 KB 可编程 Flash 存储器、512 B 的 EEPROM 和 1 KB 片内 SRAM，外设接口丰富，其 SPI 接口允许 ATmega16 与外设进行高速同步数据传输。本设计中 ATmega16 的 SPI 配置为主机模式，ENC28J60 为从设备。

ATmega16 的 SPI 工作模式由 CPOL、CPHA 设置，根据 ENC28J60 的 SPI 读写时序，应设置为模式 0。ATmega16 通过将 ENC28J60 的 CS 引脚置低实现与其的同步。SPI 时钟由写入 SPI 发送缓冲寄存器的数据启动；SPI MOSI（PB5）引脚上数据的发送顺序由寄存器 SPCR 的 DORD 位控制，置位时数据的 LSB（最低位）首先发送，否则数据的 MSB（最高位）首先发送。本设计选择先发送 MSB；接收到的数据被传送到接收缓冲寄存器，CPU 以右对齐方式从接收缓冲器中读取数据。

需要注意的是，当需要从 ENC28J60 中读取多个数据时，即使 ENC28J60 并不需要 ATmega16 串行输出的数据，每读取一个数据前都要向 SPI 发送缓冲器写一个数据以启动 SPI 接口时钟。由于 SPI 系统在发送方向只有 1 个缓冲器，而在接收方向有 2 个缓冲器，因此发送时一定要等到移位过程全部结束后才能对 SPI 数据寄存器执行写操作；接收数据时，需要在下一个字节移位过程结束之前通过访问 SPI 数据寄存器读取当前接收到的数据，否则第 1 个数据会丢失。