O栈；后级输入输出I/O栈包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等从站模块，耦合通信板与后级输入输出模块之间通过总线连接器连接，采用EtherCAT总线通信，使用EtherCAT LVDS信号传输；总线连接器将EBUS信号传输给后级输入输出模块；同时通过总线连接器给后级输入输出模块供电。本实施例中，总线连接器采用32针欧式板卡。
[0038]从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议。从站控制器采用倍福公司芯片ET1100，工作模式为01模式，即提供3个通信接口:port0、port 1和port2 ；port0、port2的物理层采用MII 口模式，用于以太网传输，用于主站与从站之间EtherCAT通信，portO和portl通信接口分别对应耦合通信板上与外部设备连接的第一以太网口和第二以太网口 ；portl设置为EBUS形式，用于耦合通信板与从站后级输入输出模块的通信。主站给从站的数据流从第一以太网口(与portO对应的接口)输入，通过从站控制器的信号转换功能，变为LVDS信号，通过总线连接器上的EBUS 口(与portl对应的接口 )传输给后级各输入输出模块，循环后，再传输到同一从站控制器，转换为以太网百兆传输信号，通过第一以太网口(与portO对应的接口)传回主站。第二以太网口(与port2对应的接口)用于扩展从站拓扑结构。为提高EBUS通信抗共、差模电磁干扰的能力，在EBUS低压差分传输线对上分别增加共模、差模电感。
[0039]如图4所示，本实施例中，EEPROM选用AT24C64B，容量64K，通过IIC总线与从站控制器ET1100相连，用于存储从站控制器的配置数据。
[0040]如图5和图6所示，从站控制器ET1100通过MII 口(portO)与第一 PHY芯片的一端连接，通过MII 口(port2)与第二 PHY芯片的一端连接，根据ET1100配置信息，两个PHY芯片的地址与使用的port 口相对应，分别为000，010 ;两个PHY芯片采用KSZ8051型；第一
PHY芯片的另一端与第一变压器一端连接，第二 PHY芯片的另一端与第二变压器一端连接；第一变压器和第二变压器采用HX1188型；第一变压器的另一端与第一以太网口连接，第二变压器的另一端与第二以太网口连接第一以太网口和第二以太网口为RJ45接口。
[0041]如图7所示，从站控制器ET1100与第一 PHY芯片和第二 PHY芯片共用一个晶振，采用四通道的时钟缓冲器⑶CV304PW，晶振同时给3个芯片提供时钟，时钟缓冲器的输入端与晶振连接，时钟缓冲器的输出端分别与从站控制器ET1100，第一 PHY芯片和第二 PHY芯片连接。
[0042]如图8所示，EtherCAT网络含有若干耦合通信板，用ID站点区分不同的耦合通信板，通过与微处理器BM3105上的12路GP10 口连接的3个16位的拨码开关实现对ID站点的分配(每4路GP10 口控制一个拨码开关)，已被分配ID站点的耦合通信板可置于EtherCAT网络中的任何位置；微控制器通过16位数据地址总线外扩静态随机存取存储器SRAM和闪存只读存储器FLASH。
[0043]如图9所示，本实施例的微处理器采用国产SPARC V8型32位CPU芯片BM3105，实现所述EtherCAT从站应用层协议，通过SPI总线与ET1100通信，不需要通过主站CPU，实现本地高速控制功能；当从站后级输入输出模块变化时，上电后整个系统快速重新自启；当从站控制器输出中断请求信号至微处理器时，微处理器通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种协议应用层事件中断及时钟同步中断；从站控制器输出两个信号至微处理器，用于判断现场数据输出是否有效；微处理器BM3105与ET1100之间除SPI通信接口外，还包括SPI_IRQ中断信号，该信号由ET1100产生给微处理器BM3105的IRQ1中断，是ET1100应用层事件中断及时钟同步中断信号，BM3105通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种应用层事件中断及时钟同步中断。
[0044]本实施例中，电源管理功能如下:
[0045]如图2、3、10和11所示，外部24V电源输入后，增加防护电路(防静电、防共模、防差模、防过压、限流电路)处理；处理后的24V电压通过降压电压调节器LM2677转换为5V电压，一部分供给耦合通信板，一部分通过总线连接器输出给后级输入输出模块；另一方面，传输给耦合通信板的5V电压经过同步降压稳压器芯片LM2853MH-3.3转换为3.3V电压，
3.3V电压经过电压调节器芯片LP3878MR转换为1.8V，3.3V和1.8V的电压供耦合通信板自身使用。
[0046]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1.一种基于EtherCAT技术的耦合通信板，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的耦合通信板，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的耦合通信板，其特征在于:所述微处理器包括GP1口。4.根据权利要求3所述的耦合通信板，其特征在于:所述GP1口连接有拨码开关。5.根据权利要求4所述的耦合通信板，其特征在于:所述GP1口为12路，所述拨码开关为3个16位开关。6.根据权利要求1或3所述的耦合通信板，其特征在于: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。7.根据权利要求1所述的耦合通信板，其特征在于:所述微处理器采用SPARCV8架构的BM3105芯片，所述控制器采用ET1100芯片。
【专利摘要】本发明公开一种基于EtherCAT技术的耦合通信板，包括：控制器和与控制器通过SPI总线连接的微处理器；与控制器电连接的至少一个外部通信接口；与控制器通信连接的总线连接器；与总线连接器、控制器和微处理器电连接的电源转换芯片；依次连接在控制器和外部通信接口之间的PHY芯片和变压器；用于对控制器、所述芯片进行时间同步的晶振。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；通过电源转换电路，将外部电源取电24V转为5V电路、5V转3.3V电路及3.3V转1.8V电路。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105404211
【申请号】CN201510955045
【发明人】武亚鹏, 王永利, 于洋, 马国荣, 吴金铎
【申请人】中国电子信息产业集团有限公司第六研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月17日