一種基于EtherCAT技術(shù)的耦合通信板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電器元件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于EtherCAT技術(shù)的耦合通信板。
【背景技術(shù)】
[0002]EtherCAT最初是由德國的倍福公司基于以太網(wǎng)技術(shù)提出的，它是一種具有靈活網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)。它的特點是在協(xié)議中封裝了 IP/UDP，所以不需要IP協(xié)議就能實現(xiàn)通信。EtherCAT技術(shù)具有以下優(yōu)點:速度快、同步傳輸；系統(tǒng)的價格比現(xiàn)場總線低；在實時通訊時硬件中就能實現(xiàn)；支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；支持主站和從站組成的多種機(jī)制間的通訊；采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀；全面開放的技術(shù)；帶寬利用率高，一網(wǎng)到底等。EtherCAT系統(tǒng)是一個主站/從站系統(tǒng)，設(shè)計中使用單主站多從站的結(jié)構(gòu)。在整個主從結(jié)構(gòu)中，上位機(jī)通過以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)上位機(jī)與主站的通信。而主站對于從站具有總線控制權(quán)，主站讀取從站I/O采集數(shù)據(jù)并給從站發(fā)送信息是周期進(jìn)行的。在通信時，EtherCAT協(xié)議無需像TCP/IP協(xié)議那樣接收以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包并將其解碼后再將數(shù)據(jù)傳送到各個設(shè)備中。EtherCAT從站在報文經(jīng)過其節(jié)點時可以直接讀取帶有相應(yīng)尋址信息的數(shù)據(jù)。同樣地，輸入的數(shù)據(jù)也是報文在經(jīng)過節(jié)點時直接插入的。
[0003]EtherCAT技術(shù)以其高速、簡單、易于實現(xiàn)正在獲得越來越多的研發(fā)人員的關(guān)注。利用EtherCAT技術(shù)設(shè)計主站和從站時，多采用模塊化的物理設(shè)計，但是一般的設(shè)計人員，總是將主站與從站輸入輸出(I/O)模塊間之間通過以太網(wǎng)直接連接，使每個從站模塊的設(shè)計都比較復(fù)雜。而且現(xiàn)有的EtherCAT從站輸入輸出模塊，每個都需要外部電源供電，給工控現(xiàn)場帶來了很多的不方便，增加了工程的復(fù)雜性。
[0004]EtherCAT技術(shù)主站、從站之間通過EtherCAT通信，一般有兩種方式，以太網(wǎng)百兆傳輸和采用低壓差分信號傳輸。兩種EtherCAT通信各有優(yōu)缺點，以太網(wǎng)百兆傳輸中需要物理層轉(zhuǎn)換芯片，距離遠(yuǎn)，但是傳輸速率比較低；而低壓差分信號傳輸速率高，本地高速響應(yīng)，但是只適用于本地模塊的PCB板級傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的在于提供一種基于EtherCAT技術(shù)的耦合通信板，該耦合通信板采用模塊化的物理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)EtherCAT主站與從站之間的通信管理功能和電源管理功會泛。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于EtherCAT技術(shù)的耦合通信板，所述耦合通信板包括:控制器和與所述控制器通過SPI總線連接的微處理器；與所述控制器電連接的至少一個外部通信接口 ；與所述控制器通信連接的總線連接器；與所述總線連接器、所述控制器和所述微處理器電連接的電源轉(zhuǎn)換芯片；依次連接在所述控制器和所述外部通信接口之間的PHY芯片和變壓器；用于對所述控制器、所述芯片進(jìn)行時間同步的晶振。
[0008]上述耦合通信板中，所述PHY芯片包括第一 PHY芯片和第二 PHY芯片；所述變壓器包括第一變壓器和第二變壓器。
[0009]上述耦合通信板中，所述微處理器包括GP10 口。
[0010]上述耦合通信板中，所述GP10 口連接有撥碼開關(guān)。
[0011]上述耦合通信板中，所述GP10 口為12路，所述撥碼開關(guān)為3個16位開關(guān)。
[0012]上述耦合通信板中，所述微處理器電連接靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器和閃存只讀存儲器。
[0013]上述耦合通信板中，所述微處理器采用SPARC V8架構(gòu)的BM3105芯片，所述控制器采用ET1100芯片。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
[0015]1.實現(xiàn)了 EtherCAT主站與從站輸入輸出模塊之間的通信管理功能，輸入輸出模塊不用直接與主站CPU模塊連接，各個模塊電路進(jìn)行了很大的簡化。
[0016]2.耦合通信板中有本地微處理器，實現(xiàn)了耦合通信板的本地高速控制功能，當(dāng)后級輸入輸出模塊變化，有快速的上電重新自啟功能。撥碼開關(guān)定位耦合通信板ID站點，能夠?qū)⒏慕M設(shè)備置于EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中的任何位置。
[0017]3.耦合通信板實現(xiàn)EtherCAT從站電源管理功能，從外部電源取電24V，供給總線連接器，后級各輸入輸出模塊直接從總線連接器取電不用單獨從外部取電，結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]圖1為耦合通信板總體框圖；
[0020]圖2是耦合通信板總體結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖3是EtherCAT從站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成框圖；
[0022]圖4是從站控制器與EEPR0M，之間通過I2C總線連接示意圖；
[0023]圖5是從站控制器與兩個PHY芯片之間通過MII 口連接示意圖；
[0024]圖6是PHY芯片、變壓器、網(wǎng)口之間連接關(guān)系示意圖；
[0025]圖7是晶振電路與時鐘緩沖器、從站控制器和兩個PHY芯片的關(guān)系示意圖；
[0026]圖8是微處理器通過GP10 口與16位撥碼開關(guān)連接及通過16位地址數(shù)據(jù)總線外擴(kuò)SRAM與FLASH示意圖；
[0027]圖9是從站控制器與微處理器通過SPI總線連接示意圖；
[0028]圖10是外部電源輸入的24V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓示意圖；
[0029]圖11是耦合通信板自用電壓轉(zhuǎn)換示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]一種基于EtherCAT技術(shù)的耦合通信板包括:控制器和與所述控制器通過SPI總線連接的微處理器；與所述控制器電連接的至少一個外部通信接口 ；與所述控制器通信連接的總線連接器；與所述總線連接器、所述控制器和所述微處理器電連接的電源轉(zhuǎn)換芯片；依次連接在所述控制器和所述外部通信接口之間的PHY芯片和變壓器；用于對所述控制器、所述芯片進(jìn)行時間同步的晶振。
[0032]所述耦合通信板中，PHY芯片包括第一 PHY芯片和第二 PHY芯片；變壓器包括第一變壓器和第二變壓器；微處理器包括GP10 口 ；GP10 口連接有撥碼開關(guān)；GP10 口為12路，撥碼開關(guān)為3個16位開關(guān)。
[0033]所述耦合通信板中，微處理器電連接靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器和閃存只讀存儲器；微處理器采用SPARC V8架構(gòu)的BM3105芯片，控制器采用ET1100芯片。
[0034]實施例1
[0035]如圖1、圖2和圖3所示，一種基于國產(chǎn)微處理器的EtherCAT耦合通信板，包括通信部分和電源部分，具體的包括:微處理器，從站控制器，EEPROM，PHY電路，總線連接器，24V轉(zhuǎn)5V、5V轉(zhuǎn)3.3V及3.3V轉(zhuǎn)1.8V的電源轉(zhuǎn)換電路和以太網(wǎng)網(wǎng)口。
[0036]EtherCAT主站的CPU模塊和從站之間的通信是通過EtherCAT通信的，采用以太網(wǎng)百兆傳輸，使用100Base-TX(五類雙絞線)遠(yuǎn)傳輸介質(zhì)；從站的各個模塊之間，采用EtherCAT總線通信，使用EtherCAT LVDS信號傳輸；設(shè)計中的現(xiàn)場總線采用EtherCAT總線，且利用其一網(wǎng)到底特性。
[0037]本實施例中，從站包括耦合通信板、后級輸入輸出I/