EtherCAT插片式I/O性价比不错的一款方案—FCE1302 插片式I/O介绍

FCE1302芯片简介

方芯半导体的FCE1302是推出的一款EtherCAT从站控制芯片，以实现EtherCAT数据链路层协议，芯片具有2个固定的 LVDS 数据收发端口、3个FMMU单元、4个SM 通道、256KB 控制寄存器、1KB 过程数据存储器、支持 64 位分布时钟功能，采用QFN32-EP封装。在保证满足EtherCAT插片式I/O方案必要功能和稳定性的前提下，极大降低了芯片的使用成本。

通过对比插片式I/O目前市场上主流方案，FCE1302使用EtherCAT协议方案与RS485方案在开发成本和稳定性基本相当，但通讯速率和扩展能力更优，相对于私有协议方案，FCE1302方案全面占优。所以FCE1302方案是性价比最高的插片式I/0方案。

FCE1302EtherCAT 插片式I/O方案介绍

FCE1302插片式I/O（公版外壳，可提供芯片和方案可提供原理图验证）

耦合器：EtherCAT耦合器模块是基于方芯半导体推出的EtherCAT从站控制芯片FCE1100设计。包括了两个网络接口和一个LVDS接口，通过使用外挂EEPROM可进行XML文件配置导入。PHY芯片选用国产PHY芯片作为以太网接收和发送。通过垂直插拔安装的方式与插片式IO模块通过LVDS建立EtherCAT通信。耦合器模块电源支持24V供电。带有可拆解供电端子和导轨卡口，可实现免工具接线和安装。选用最常见的RJ45网卡接口方便用户快速灵活地应用在各种工业自动化应用场景中。

基于方芯FCE1100的EtherCAT耦合器模块 （公版外壳） FCE1302插片式I/O模块（公版外壳）

FCE1302数字量I/O模块（DI/DO）：数字量模块集成了EtherCAT从站控制芯片FCE1302和微控制单元 STM32F103RCT6。外挂一颗EEPROM芯片用于存储描述各种信息和对FCE1302芯片进行初始化配置，EEPROM通过I2C接口和FCE1302进行通信。FCE1302通过SPI接口与微控制器STM32F103RCT6建立连接，数据传输速率能够到达20M。支持16通道数字量输入，输入电压24V，模块每个通道均带有指示灯，用来指示外接信号状态，输入/输出电路与主控电路采用光耦隔离。

FCE1302数字量I/O模块（DI/DO）（内部板卡外观）

FCE1302模拟量I/O模块（DA/AD）：此模块集成了EtherCAT从站控制芯片 FCE1302 和微控制单元 STM32F103RCT6。外挂一颗EEPROM芯片用于存储描述各种信息和对FCE1302芯片进行初始化配置，EEPROM通过I2C接口和FCE1302进行通信。FCE1302通过SPI接口与微控制器STM32F103RCT6建立连接，数据传输速率能够到达20M。外挂16位精密模数转换器，输入电压0~10V，模块每个通道均带有指示灯，用来指示外接信号状态。与内部主控电路采用数字隔离器隔离，防止信号互相干扰、保护电路和系统的稳定性和安全性。

FCE1302 EtherCAT插片式I/O模块测试实例

准备工作

使用MDK开发环境，打开STM32从站工程，烧写从站程序

Twincat软件目录下放置xml文件，将xml文件拷贝到C:TwinCAT3.1ConfigIoEtherCAT。点击“TWINCAT”→“EtherCAT Devices”→“Reload Device Descriptions”重新读取XML文件库

推荐使用Intel的CPU和网卡，在Twincat内安装ecat的主站网卡驱动：点击“TWINCAT”→“show realtime”

选择网卡，点击install，若安装成功则会显示在安装成功等待使用的列表下。

新建工程

点击“文件”→“新建”→“项目”

选择“TwinCAT projects”，自定义名称后点击确定

扫描从站

从站设备如下图所示：模块从左往右依次为DI、DO、DA、AD模块

设备上电，右键“Devices”，点击scan，扫描从站→点击“确定”→点击“OK”→点击“是”→点击“是”（如下图）

通过背板方案首端耦合器模块的RJ45与TwinCAT主站建立连接，耦合器模块通过LVDS端口连接下级FCE1302_STM32F103RCT6开发板实现拓扑

EEPROM烧录

点击右键从站设备，烧录对应的XML文件到从站板载ECAT EEPROM中

根据烧录的程序选择对应的XML文件。

右下角会显示烧录进度条，进度条跑满2轮代表烧录完成，若中途进度条卡住建议重新烧录。

烧录完成后移除设备重新扫描，正常进入OP。

IO功能测试 FCE1302_STM32F103_DI测试

通过DI输入端子A1输入24V电压，A1通道Value变为1，同时点亮指示灯。

通道1的Value为0时测得输出端子A1的电压为24V。 将Value写为1，测得输出端子A1电压为0V，指示灯点亮。

将Value写为65535，模拟量最大输出10V，指示灯点亮。

通过输入端子输入最大电压10V，Value接近 32767左右，指示灯点亮。

​审核编辑 黄宇