W5500 中文数据手册

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高性能以太网芯片W5500 数据手册

W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500 集成了 TCP/IP 协议栈，10/100M 以太网数据链路层（MAC） 及物理层（PHY），使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。

久经市场考验的 WIZnet 全硬件 TCP/IP 协议栈支持 TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP 以及 PPPoE 协议。W5500 内嵌 32K 字节片上缓存以供以太网包处理。如果你使用 W5500， 你只需要一些简单的 Socket 编程就能实现以太网应用。这将会比其他嵌入式以太网方案 更加快捷、简便。用户可以同时使用 8 个硬件 Socket 独立通讯。

W5500 提供了 SPI（外设串行接口）从而能够更加容易与外设 MCU 整合。而且， W5500 的使用了新的高效 SPI 协议支持 80MHz 速率，从而能够更好的实现高速网络通讯。 为了减少系统能耗，W5500 提供了网络唤醒模式（WOL）及掉电模式供客户选择使用。 特点

支持硬件 TCP/IP 协议：TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE 支持 8 个独立端口（Socket）同时通讯 支持掉电模式 支持网络唤醒 支持高速串行外设接口（SPI 模式 0，3） 内部 32K 字节收发缓存 内嵌 10BaseT/100BaseTX 以太网物理层（PHY） 支持自动协商（10/100-Based 全双工/半双工） 不支持 IP 分片 3.3V 工作电压，I/O 信号口 5V 耐压； LED 状态显示（全双工/半双工，网络连接，网络速度，活动状态） 48 引脚 LQFP 无铅封装（7x7mm, 0.5mm 间距）

目标应用

W5500 适合于以下嵌入式应用：

家庭网络设备: 机顶盒、个人录像机、数码媒体适配器 串行转以太网: 门禁控制、LED 显示屏、无线 AP 继电器等

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USB 转以太网: 存储设备、网络打印机 GPIO 转以太网: 家庭网络传感器

安全系统: 数字录像机、网络摄像机、信息亭 工厂和楼宇自动化控制系统 医疗监测设备 嵌入式服务器

1 引脚分配

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图 1 W5500 引脚分布

1.1 引脚描述

表格 1 引脚类型标记

表格 2 W5500 引脚描述

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在

EXRES1 引脚和模拟地之间需要接一个 12. 4KΩ，精度 1 %的电阻。如下图所示:

图 2 外部参考电阻

晶振参考周边电路如下图所示：

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图

3 晶振参考电路

2 主机接口

W5500 提供了 SPI（串行外部接口）作为外设主机接口，共有 SCSn, SCLK, MOSI, MISO 4 路信号，且作为 SPI 从机工作。

W5500 与 MCU 的连接方式如图 4 和图 5 所示。根据其工作模式（可变数据长度模 式/固定数据长度模式）将分别在第 2.3 章节和 2.4 章节做解释说明。

如图 4 所示，可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口

在可变数据长度模式中（如图 4 所示），W5500 可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口。 但是一旦将 SPI 接口指定给 W5500 之后，则不能再与其他 SPI 设备共用，如图 5 所示。

在可变数据长度模式（如图 4 所示），W5500 可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口。 然而，在固定数据长度模式（如图 5 所示），SPI 将指定给 W5500，不能与其他 SPI 设 备共享。

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图 4 可变数据长度模式（SCSn 受主机控制）

图 5 固定数据长度模式（SCSn 保持接地）

SPI 协议定义了四种工作模式（模式 0，1，2，3）。每种模式的区别是根据 SCLK 的极性及相位不同定义的。SPI 的模式 0 和模式 3 唯一不同的就是在非活动状态下， SCLK 信号的极性。SPI 的模式 0 和 3，数据都是在 SCLK 的上升沿锁存，在下降沿输出。

W5500 支持 SPI 模式 0 及模式 3.MOSI 和 MISO 信号无论是接收或发送，均遵从从最 高标志位（MSB）到最低标志位（LSB）的传输序列。

前沿采样后沿采样

图 6 SPI 模式 0&3

2.1 SPI 工作模式

W5500 与外设主机的通讯受 SPI 数据帧控制（参考第 2.2 章节 SPI 数据帧） 。

W5500 的帧分为 3 段：地址段，控制段，数据段。

地址段为 W5500 寄存器或 TX/RX 内存指定了 16 位的偏移地址。 控制段指定了地址段设定的偏移区域的归属，读/写访问模式以及 SPI 工作模式（可变长度模式/固定长度模式）。

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数据段可以设定为任意长度（N-字节，1≤N）或者是固定的长度：

1 字节，2 字节 或 4 字节；如果 SPI 工作模式设置为可变数据长度模式（VDM），SPI 的 SCSn 信号需要由外部 主机通过 SPI 帧控制。

在可变数据长度模式下，SCSn 控制 SPI 帧的开始和停止：

SCSn 信号拉低（高电平到低电平），即代表 W5500 的 SPI 帧开始（地址段）；

SCSn 信号拉高（低电平到高电平），即代表 W5500 的 SPI 帧结束（数据段的随机 N字节数据结尾）；

2.2 SPI 数据帧

W5500 的 SPI 数据帧包括了 16 位地址段的偏移地址，8 位控制段和 N 字节数据段。 如图 7 所示。

8 位控制段可以通过修改区域选择位 (BSB[4:0])，读/写访问模式位(RWB)以及 SPI工作模式位(OM[1:0])来重新定义。 区域选择位选择了归属于偏移地址的区域。

图 7 SPI 数据帧格式

W5500 支持数据的连续读/写。其流程为数据从（2/4/N 字节连续数据的）偏移地址的基址开始传输，偏移地址会（自增寻址）加 1 传输接下来 的数据。

2.2.1 地址段

地址段为 W5500 的寄存器或 TX/RX 缓存区指定了 16 位的偏移地址。 这 16 位偏移地址的值来自于从最高标志位到最低标志位的顺序传输。

SPI 数据帧的数据段（2/4/N 字节）通过偏移地址自增（每传输 1 字节偏移地址加 1） 支持连续数据读/写。

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控制段指定了地址段设定的偏移区域的归属，读/写访问模式以及

SPI

工作模式。

表格 3 SPI 数据帧控制段对应位的说明

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2.2.3 数据段

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在 SPI 工作模式位

OM[1:0]设定了控制端之后，数据段被设定为 2 种长度类型：1 种为可变的 N 字节长度（可变数据长度模式），另以一种为确定的 1/2/4 字节长度（固定数 据长度模式）。 此时，1 字节数据从最大标志位到最小标志位，通过 MOSI 或者 MISO 信号传输。

2.3 可变数据长度模式

在 VDM 模式下，SPI 数据帧的长度被外设主机控制的 SCSn 所定义。这就意味着数据 段长度根据 SCSn 的控制，可以是一个随机值（从 1 字节到 N 字节任何长度均可）。

在 VDM 模式下，M[1:0]位必须为‘00’。

2.3.1 写访问——VDM 模式

图 8 在 VDM 模式下读 SPI 数据帧

图 8 显示的是在外部主机控制 W5500 读操作时的 SPI 数据帧。

在 VDM 模式下，SPI 数据帧的控制段：读写控制位（RWB）为‘1’，工作模式位为’00’。

此时外设主机在传输 SPI 数据帧之前，须拉低 SCSn 信号引脚。

然后主机通过 MOSI 将 SPI 数据帧的所有位传输给 W5500 ，并在 SCLK 的下降沿同 步。

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1 字节数据写访问示例

当主机在 VDM 模式下，向通用寄存器区域中的

Socket

中断屏蔽寄存器写入数据‘0xA

A’时，SPI 数据帧的写操作如下所示：

Offset Address = 0×0018

BSB[4:0] = ‘00000’ RWB = ‘1’ OM[1:0] = ‘00’

1st Data = 0xAA

在传输 SPI 数据帧之前，外设主机须拉低 SCSn，然后主机在时钟（SCLK）跳变时同步 传输 1 位数据。在 SPI 数据帧传输完毕后，外设主机拉高 SCSn。（参考图 9）

图 9 VDM 模式下，SIMR 寄存器写操作

N 字节写访问示例

当主机在 VDM 模式下，向通用寄存器区域中的 Socket 中断屏蔽寄存器写入 5 字节数 据时（0×11, 0×22, 0×33, 0×44, 0×55），SPI 数据帧的写操作如下所示：

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5 字节的数据被连续地写入 Socket 1 的写缓存地址：0×0040 – 0×0044。

在

SPI 数据帧传输时，外设主机拉低 SCSn（高电平到低电平）。

在 SPI 数据帧传输完毕时，外设主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。

图 10 在 VDM 模式下，向 Socket1 的发送缓存区 0×0040 中写入 5 字节数据

2.3.2 读访问——VDM 模式

图 11 在 VDM 模式下读 SPI 数据帧

图 11 显示的是当外设主机访问 W5500 做读访问时，SPI 的数据帧格式。

在 VDM 模式下，读/写访问位（RWB）为‘0’（读模式），SPI 数据帧控制段的工作 模式位

（OM[1:0]）为‘00’。

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之后在同步采样时钟（SCLK）的上升沿，主机通过 MISO 接收到所有数据位。 在接收完所有数据后，主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。

当

SCSn 保持低电平且数据段持续传输，即可实现连续数据读取。

1 字节数据读访问示例

在 VDM 模式下，当主机读取 Socket 7 寄存器区的 Socket 状态寄存器

(S7_SR),SPI 数据帧的数据读取如下所示。我们让 S7_SR 设置为 Socket 建立模式下（0×17）。 在 SPI 数据帧传输之前，外设主机拉低 SCSn（高电平到低电平）。然后外设主机通过 M OSI 传输地址段和控制段给 W5500.

然后主机通过 MISO 接收到接收完的数据。

在完成数据段的接收后，主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。（参考图 12）

图 12 在 VDM 模式下读 S7_SR

N 字节读访问示例

在 VDM 模式下，当从Socket3 的地址为 0×0100 的读取缓存中读取 5 字节的数据

（0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD,0xEE）。这 5 个字节数据的读访问 SPI 数据帧如下所示。

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N 字节读访问如图

13 所示。

从 Socket 3 的接收缓存（地址 0×0100 – 0×0104），连续地读取这 5 字节的数据（0xAA,

0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE）。

在 SPI 传输数据帧之前，外设主机将 SCSn 拉低。（高电平到低电平） 在 SPI 数据段结束时，外设主机将 SCSn 拉高。（低电平到高电平）

图 13 在 VDM 模式下，读取 Socket 3 接收缓存 0×0100 中的 5 字节数据

2.4 固定数据长度模式（FDM）

在外设主机不能控制 SCSn 时，可以使用固定数据长度模式。

此时，SCSn 必须连接到低电平（保持接地）。与此同时，SPI 接口不能与其他 SPI 设备 共享。（如图 5 所示）

在可变数据长度模式（VDM）中，数据段长度右 SCSn 控制。 但是在固定长度模式（FDM）中，数据

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由于除了 SCSn 信号和工作模式位（OM[1:0]）设置之外，FDM 模式下 SPI 数据帧与 VD M 模式下

的相同，所以此时具体的描述就省略了。

除非特殊情况，一般不提倡使用

FDM 模式。此外，如‘2.4.1 章节’及‘2.4.2 章节’ 所述，我们只能使用 1/2/4 字节 SPI 数据帧。使用其他长度数据帧会导致 W5500 功能问 题。

2.4.1 写访问——FDM 模式

1 字节写访问

图 14 在 FDM 模式下，1 字节写访问 SPI 数据帧

2 字节写访问

图 15 在 FDM 模式下，2 字节写访问 SPI 数据帧

4 字节写访问

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2.4.2 读访问——FDM 模式

1 字节读访问

图

17

在 FDM 模式下，1 字节读访问 SPI 数据帧

2 字节读访问

图 18 在 FDM 模式下，2 字节读访问 SPI 数据帧

4 字节读访问

图 19 在 FDM 模式下，4 字节读访问 SPI 数据帧

3 寄存器和内存构成

W5500 有 1 个通用寄存器，8 个 Socket 寄存器区，以及对应每个 Socket 的收/发缓存区。

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（BSB[4:0]）选择的区域以及收

/发缓存区的可用偏移地址范围。每一个 Socket 的发送 缓存区都在一个 16KB 的物理发送内存中，初始化分配为 2KB。每一个 Socket 的接收缓 存区都在一个 16KB 的物理接收内存中，初始化分配为 2KB。

无论给每个 Socket 分配多大的收/ 发缓存，都必须在 16 位的偏移地址范围内（从

0×0000 到 0xFFFF）。

关于 16KB 收/发内存的构成及访问方式的更多信息，请参考‘3.3 章节’。

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图 20 寄存器及内存构成

3.1 通用寄存器区

通用寄存器区配置了 W5500 的基本信息，例如：IP 及 MAC 地址。该区域可以通过 SPI

数据帧的区域选择位（BSB[4:0]）的值选定。表 3 描述了该区域寄存器的偏移地址。对 于每个寄存器的详细信息，请参考‘4.1 章节’。

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3.2 Socket 寄存器区

W5500 支持 8个 Socket 作为通讯信道。每一个Socket 通过Socket n 寄存器区控制（0≤n≤7）。Socket n 寄存器可以通过 SPI 数据帧中的区域选择寄存器(BSB[4:0])来选定对应的寄存器 n。<表 5>定义 了 Socket n 寄存器区对应的 16 位偏移地址。

关于每个寄存器，详情参考‘4.2 章节’

表格 5 Socket n 寄存器区中的偏移地址(0≤n≤7)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/o9oj.html