电子设计工程
EleｃtrｏniｃDesign Engineering
第２４卷Vｏl．２４第5期Ｎｏ．5２０１６年3月Mar．２０１６
收稿日期：２０１5－０5－０４
稿件编号：２０１5０5０２０
基金项目：国家“九五”重大科学工程资助项目－－EＡSＴ超导托卡马克核聚变实验装置（计投资（１９９8）１3０3号）；国家重点基础研
究发展计划（９73计划）项目（２００8GB１０４０００）
作者简介：王子鹏（１９９０—），男，安徽宿州人，硕士研究生。研究方向：数据采集及数据库研究。
EＡSＴ电源系统是托卡马克装置的核心子系统之一。为
了对实验进行运行分析和故障诊断，需要采集该系统包括主回路、变流器、变压器、母线等电流和电压在内的２００多道信号。目前数据采集系统具有多台采集计算机，通过以太网远程控制来采集数据[１]。由于采集板卡上的晶振存在容许误差，当使用采集板卡的内时钟功能时会造成多张采集卡采集到的数据不同步的问题[２]。采集板卡提供了外部时钟输入的功能。现在需要设计一个外部时钟系统，提供统一的源来同步数据采集。
基于单片机和以太网芯片的系统可以实现此功能并且价格低廉可扩展性高。ＡＴｍega１６单片机的比较输出模式（ＣＴＣ）可以实现通过I/O 口对工作频率的分频输出。所以本文的关键在于实现嵌入式系统的以太网功能。
嵌入式系统中加入以太网连接目前有很多种实现方式，传统的方案是一种多器件方案，它需要单片机与外部以太网控制器相结合，必要时可能还需要一些外部组件比如RＡM 、
ROM 等。这种方案虽然并不复杂，但是涉及的元器件数量众
多，增加了更多的不稳定因素，同时驱动全部器件需要较大的系统开销。另一种常用的方案是使用集成了以太网功能的单片机MＣ９S１２ＮE６４实现单个器件的以太网连接，也有人使用RＴL8０１９，ＡX887９６L ，DM９００8等以太网控制器来实现以太网的连接[3]。第二种方案与多器件方案相比，外部元器件数量大减少，节省了系统资源，具有较高的稳定性。但上述以太网控制器结构复杂、体积庞大，封装甚至超过8０引脚，而且价格比较昂贵，从易用性和成本方面考虑不符合本文的设计需求。
本文最终采用的Ａtｍega１６单片机与EＮＣ２8J６以太网芯片为实现以太网控制的采集触发和时钟信号同步提供了良好的解决方案。
1系统硬件设计
本方案中ＡＴｍega１６单片机通过EＮＣ２8J６０实现与控制
基于以太网控制的外部时钟系统设计
王子鹏，高格，黄连生
（中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２3００3１）
摘要：EＡSＴ电源数据采集系统的多道信号之间存在采集不同步的问题。这是由于每个采集单元的采集卡在各自的时钟下工作造成的。使用统一的外部源可以同步采集卡的时钟以达到同步采集的目的，同时外部时钟系统需要能被控制网通过以太网控制和配置。基于ＡＴｍega１６单片机和EＮＣ２8J６０以太网芯片的电路可以实现以太网控制的外部时钟系统。此方案包含系统的电源电路的选型与设计、网络接口的选型与电路设计、EＮＣ２8J６０驱动程序的编写、时钟信号输出程序的设计与时钟信号的调理。最终通过实验调试采集到的波形，表明此方案可以通过以太网更改配置并输出不同频率的时钟信号，达到了预期的设计目标，为EＡSＴ电源数据采集系统提供统一的外部时钟。关键词：ＡＴｍega１６；EＮＣ２8J６０；以太网；时钟信号中图分类号：ＴＮ7９+１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６7４－６２3６（２０１６）０5－０１６２－０４
Design of external clock system based on ethernet control
WＡＮG Zi -peng ，GＡO Ge ，HUＡＮG Lian -sｈeng
（Institute of Plasma Physics ，Chinese Academy of Sciences ，Hefei ２3００3１，China ）
Abstract:Ｔｈe asynｃｈrｏnｏus saｍpling ｏf EＡSＴpｏwer supply data aｃquisitiｏn systeｍｃｏuld be ｃaused by tｈe data aｃquisitiｏn ｃards wｏrking ｏntｈeir ｏwn ｃlｏｃk．Ｔｈe unified external ｃlｏｃk signal ｃanbe used tｏｍake tｈe saｍpling synｃｈrｏnｏus．Meanwｈile tｈe signal sｈｏuld be ｃｏntrｏlled and ｃｏnfigured via Etｈernet．Ｔｈrｏugｈtｈe researｃｈfｏund tｈat ｃirｃuit based ｏn ＡVR ｍiｃrｏｃｏntrｏller and EＮＣ２8J６０Etｈernet ｃｈip ｃan ｍeet tｈe requireｍent．Ｔｈe sｃｈeｍe inｃludes tｈe ｃｏｍpｏnents seleｃtiｏn and ｃirｃuit design ｏf pｏwer supply and netwｏrk jaｃk ，EＮＣ２8J６０driver writing ，tｈe prｏgraｍdesign ｏfexternal ｃlｏｃk signal ｏutputting and tｈe wavefｏrｍsｈaping．Ａｃｃｏrding tｏtｈe test ，every DＡQ ｃard ｏf EＡSＴpｏwer supply data aｃquisitiｏn systeｍｃan wｏrk ｏn unified ｃlｏｃk signal wｈiｃｈｃｏntrｏlled by upper -ｃｏｍputer via Etｈernet witｈtｈis ｍetｈｏd．Key words:ＡＴｍega１６；EＮＣ２8J６０；etｈernet ；ｃlｏｃk
－１６２－