一種基于EtherCAT技術的耦合通信板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電器元件設計技術領域。更具體地，涉及一種基于EtherCAT技術的耦合通信板。
【背景技術】
[0002]EtherCAT最初是由德國的倍福公司基于以太網技術提出的，它是一種具有靈活網絡拓撲結構的技術。它的特點是在協議中封裝了 IP/UDP，所以不需要IP協議就能實現通信。EtherCAT技術具有以下優點:速度快、同步傳輸；系統的價格比現場總線低；在實時通訊時硬件中就能實現；支持多種拓撲結構；支持主站和從站組成的多種機制間的通訊；采用標準的以太網幀；全面開放的技術；帶寬利用率高，一網到底等。EtherCAT系統是一個主站/從站系統，設計中使用單主站多從站的結構。在整個主從結構中，上位機通過以太網協議實現上位機與主站的通信。而主站對于從站具有總線控制權，主站讀取從站I/O采集數據并給從站發送信息是周期進行的。在通信時，EtherCAT協議無需像TCP/IP協議那樣接收以太網的數據包并將其解碼后再將數據傳送到各個設備中。EtherCAT從站在報文經過其節點時可以直接讀取帶有相應尋址信息的數據。同樣地，輸入的數據也是報文在經過節點時直接插入的。
[0003]EtherCAT技術以其高速、簡單、易于實現正在獲得越來越多的研發人員的關注。利用EtherCAT技術設計主站和從站時，多采用模塊化的物理設計，但是一般的設計人員，總是將主站與從站輸入輸出(I/O)模塊間之間通過以太網直接連接，使每個從站模塊的設計都比較復雜。而且現有的EtherCAT從站輸入輸出模塊，每個都需要外部電源供電，給工控現場帶來了很多的不方便，增加了工程的復雜性。
[0004]EtherCAT技術主站、從站之間通過EtherCAT通信，一般有兩種方式，以太網百兆傳輸和采用低壓差分信號傳輸。兩種EtherCAT通信各有優缺點，以太網百兆傳輸中需要物理層轉換芯片，距離遠，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，但是只適用于本地模塊的PCB板級傳輸。
【發明內容】
[0005]本發明的一個目的在于提供一種基于EtherCAT技術的耦合通信板，該耦合通信板采用模塊化的物理結構，實現EtherCAT主站與從站之間的通信管理功能和電源管理功會泛。
[0006]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0007]—種基于EtherCAT技術的耦合通信板，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。
[0011]上述耦合通信板中，所述GP10 口為12路，所述撥碼開關為3個16位開關。
[0012]上述耦合通信板中，所述微處理器電連接靜態隨機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架構的BM3105芯片，所述控制器采用ET1100芯片。
[0014]本發明的有益效果如下:
[0015]1.實現了 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，各個模塊電路進行了很大的簡化。
[0016]2.耦合通信板中有本地微處理器，實現了耦合通信板的本地高速控制功能，當后級輸入輸出模塊變化，有快速的上電重新自啟功能。撥碼開關定位耦合通信板ID站點，能夠將改組設備置于EtherCAT網絡中的任何位置。
[0017]3.耦合通信板實現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，結構簡單。
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[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構圖；
[0021]圖3是EtherCAT從站網絡構成框圖；
[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、網口之間連接關系示意圖；
[0025]圖7是晶振電路與時鐘緩沖器、從站控制器和兩個PHY芯片的關系示意圖；
[0026]圖8是微處理器通過GP10 口與16位撥碼開關連接及通過16位地址數據總線外擴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電壓轉換為5V電壓示意圖；
[0029]圖11是耦合通信板自用電壓轉換示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0031]一種基于EtherCAT技術的耦合通信板包括: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；GP10 口為12路，撥碼開關為3個16位開關。
[0033]所述耦合通信板中，微處理器電連接靜態隨機存取存儲器和閃存只讀存儲器；微處理器采用SPARC V8架構的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5V、5V轉3.3V及3.3V轉1.8V的電源轉換電路和以太網網口。
[0036]EtherCAT主站的CPU模塊和從站之間的通信是通過EtherCAT通信的，采用以太網百兆傳輸，使用100Base-TX(五類雙絞線)遠傳輸介質；從站的各個模塊之間，采用EtherCAT總線通信，使用EtherCAT LVDS信號傳輸；設計中的現場總線采用EtherCAT總線，且利用其一網到底特性。
[0037]本實施例中，從站包括耦合通信板、后級輸入輸出I/