一种基于EtherCAT技术的耦合通信板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电器元件设计技术领域。更具体地，涉及一种基于EtherCAT技术的耦合通信板。
【背景技术】
[0002]EtherCAT最初是由德国的倍福公司基于以太网技术提出的，它是一种具有灵活网络拓扑结构的技术。它的特点是在协议中封装了 IP/UDP，所以不需要IP协议就能实现通信。EtherCAT技术具有以下优点:速度快、同步传输；系统的价格比现场总线低；在实时通讯时硬件中就能实现；支持多种拓扑结构；支持主站和从站组成的多种机制间的通讯；采用标准的以太网帧；全面开放的技术；带宽利用率高，一网到底等。EtherCAT系统是一个主站/从站系统，设计中使用单主站多从站的结构。在整个主从结构中，上位机通过以太网协议实现上位机与主站的通信。而主站对于从站具有总线控制权，主站读取从站I/O采集数据并给从站发送信息是周期进行的。在通信时，EtherCAT协议无需像TCP/IP协议那样接收以太网的数据包并将其解码后再将数据传送到各个设备中。EtherCAT从站在报文经过其节点时可以直接读取带有相应寻址信息的数据。同样地，输入的数据也是报文在经过节点时直接插入的。
[0003]EtherCAT技术以其高速、简单、易于实现正在获得越来越多的研发人员的关注。利用EtherCAT技术设计主站和从站时，多采用模块化的物理设计，但是一般的设计人员，总是将主站与从站输入输出(I/O)模块间之间通过以太网直接连接，使每个从站模块的设计都比较复杂。而且现有的EtherCAT从站输入输出模块，每个都需要外部电源供电，给工控现场带来了很多的不方便，增加了工程的复杂性。
[0004]EtherCAT技术主站、从站之间通过EtherCAT通信，一般有两种方式，以太网百兆传输和采用低压差分信号传输。两种EtherCAT通信各有优缺点，以太网百兆传输中需要物理层转换芯片，距离远，但是传输速率比较低；而低压差分信号传输速率高，本地高速响应，但是只适用于本地模块的PCB板级传输。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的在于提供一种基于EtherCAT技术的耦合通信板，该耦合通信板采用模块化的物理结构，实现EtherCAT主站与从站之间的通信管理功能和电源管理功會泛。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种基于EtherCAT技术的耦合通信板，所述耦合通信板包括:控制器和与所述控制器通过SPI总线连接的微处理器；与所述控制器电连接的至少一个外部通信接口 ；与所述控制器通信连接的总线连接器；与所述总线连接器、所述控制器和所述微处理器电连接的电源转换芯片；依次连接在所述控制器和所述外部通信接口之间的PHY芯片和变压器；用于对所述控制器、所述芯片进行时间同步的晶振。
[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；所述变压器包括第一变压器和第二变压器。
[0009]上述耦合通信板中，所述微处理器包括GP10 口。
[0010]上述耦合通信板中，所述GP10 口连接有拨码开关。
[0011]上述耦合通信板中，所述GP10 口为12路，所述拨码开关为3个16位开关。
[0012]上述耦合通信板中，所述微处理器电连接静态随机存取存储器和闪存只读存储器。
[0013]上述耦合通信板中，所述微处理器采用SPARC V8架构的BM3105芯片，所述控制器采用ET1100芯片。
[0014]本发明的有益效果如下:
[0015]1.实现了 EtherCAT主站与从站输入输出模块之间的通信管理功能，输入输出模块不用直接与主站CPU模块连接，各个模块电路进行了很大的简化。
[0016]2.耦合通信板中有本地微处理器，实现了耦合通信板的本地高速控制功能，当后级输入输出模块变化，有快速的上电重新自启功能。拨码开关定位耦合通信板ID站点，能够将改组设备置于EtherCAT网络中的任何位置。
[0017]3.耦合通信板实现EtherCAT从站电源管理功能，从外部电源取电24V，供给总线连接器，后级各输入输出模块直接从总线连接器取电不用单独从外部取电，结构简单。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0019]图1为耦合通信板总体框图；
[0020]图2是耦合通信板总体结构图；
[0021]图3是EtherCAT从站网络构成框图；
[0022]图4是从站控制器与EEPR0M，之间通过I2C总线连接示意图；
[0023]图5是从站控制器与两个PHY芯片之间通过MII 口连接示意图；
[0024]图6是PHY芯片、变压器、网口之间连接关系示意图；
[0025]图7是晶振电路与时钟缓冲器、从站控制器和两个PHY芯片的关系示意图；
[0026]图8是微处理器通过GP10 口与16位拨码开关连接及通过16位地址数据总线外扩SRAM与FLASH示意图；
[0027]图9是从站控制器与微处理器通过SPI总线连接示意图；
[0028]图10是外部电源输入的24V电压转换为5V电压示意图；
[0029]图11是耦合通信板自用电压转换示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0031]一种基于EtherCAT技术的耦合通信板包括:控制器和与所述控制器通过SPI总线连接的微处理器；与所述控制器电连接的至少一个外部通信接口 ；与所述控制器通信连接的总线连接器；与所述总线连接器、所述控制器和所述微处理器电连接的电源转换芯片；依次连接在所述控制器和所述外部通信接口之间的PHY芯片和变压器；用于对所述控制器、所述芯片进行时间同步的晶振。
[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；变压器包括第一变压器和第二变压器；微处理器包括GP10 口 ；GP10 口连接有拨码开关；GP10 口为12路，拨码开关为3个16位开关。
[0033]所述耦合通信板中，微处理器电连接静态随机存取存储器和闪存只读存储器；微处理器采用SPARC V8架构的BM3105芯片，控制器采用ET1100芯片。
[0034]实施例1
[0035]如图1、图2和图3所示，一种基于国产微处理器的EtherCAT耦合通信板，包括通信部分和电源部分，具体的包括:微处理器，从站控制器，EEPROM，PHY电路，总线连接器，24V转5V、5V转3.3V及3.3V转1.8V的电源转换电路和以太网网口。
[0036]EtherCAT主站的CPU模块和从站之间的通信是通过EtherCAT通信的，采用以太网百兆传输，使用100Base-TX(五类双绞线)远传输介质；从站的各个模块之间，采用EtherCAT总线通信，使用EtherCAT LVDS信号传输；设计中的现场总线采用EtherCAT总线，且利用其一网到底特性。
[0037]本实施例中，从站包括耦合通信板、后级输入输出I/