TCP IP 以太网 采集控制板 说明 仿RIO 多路PWM 脉冲测量

wzw_8888

                       TCPIP 以太网 采集控制板 说明

板子的设计目的：

高性价比的解决方案，它具有独特的灵活性高性能 廉价，极适用于搭建自动化系统，

包括模拟、数字、运动和通信远程I/O，可输出3.3V或是5V电平的32路可编程定义的IO功能。

PLC速度太慢，采集卡实时处理能力不足，这块控制板卡可自定义采集控制功能，可编程自定义IO功能。

板上元件选择都是资料丰富，容易焊接的最新嵌入式处理器，以太网有独特的优势，它比USB的通信距离更远，比RS232速度更快，更稳定，底层有硬件的CRC32校验。

功能模块化，积木式拼装。
可做采集卡，可独立控制。

高速环路反馈PID控制。模糊逻辑控制。

可拼接实现上百通道的AD模拟量采集，或是上百通道数字输入输出。有LabVIEW的上位机驱动。

硬件性能：

电源消耗：板子可输入电压范围是9-18V,在12V电源供电时输入电流为240mA。所以要求供电电源最好有1A,10W左右的负载能力。各端子的电压输出端（Out ABP, Out CDP, Out5V）输出电流应该小于100mA。有32路数字IO接口，DIO接口可通过跳线焊点设置为TTL电平3.3V或是5V。另外为实现看门狗功能，可硬件电源管理功能重新上电以太网模块和STM32部分，通过FPGA可关掉上述部分电源或是对它们重新冷启动。

数字IO接口输入输出能力：本控制板共有32个通道。有A.B.C.D.四组DIO，每组IO有8个通道。每组都由一个74HC245 的8位双向总线收发器控制。每个组的总输入输出电流应该小于70mA，组中每个通道的连续输入输出电流应该小于30mA。最大输入电压小于7V。在输入输出通道上默认会串联一个100欧电阻做做限制和保护。如果超过上面的参数，可能会损坏74HC245 的接口电路。对于控制板卡的数字IO 接口 店主也是考虑了ADUM2400数字隔离芯片 和 74HC245  8位双向总线收发 芯片之间做出选择。隔离可以提高抗干扰能力。但隔离后速度比74HC245慢了十倍。稳定性也会降低。考虑很久之后，还是决定用74HC245 ，以提高速度和稳定性。  另外74HC245有禁用功能。可以在输入输出端与板子起隔离作用，估计这功能这辈子都用不上。

开发环境：C 语言 KEIL for STM32F429, Verilog ISE for Xilinx Spartan6XC6SLX9

板载芯片性能说明

W5300的目标是在高性能的嵌入式领域，如多媒体数据流服务。与WIZnet现有的芯片方案相比较，W5300在内存空间和数据处理能力等方面都有很大的提高。W5300特别适用于大流量数据的传输。

一个以太网控制器 W5300 (W5500)，一个MCU   STM32F429，做中央处理器，它使用FSMC

总线与W5300通信。

基于ARM® Cortex™-M4的STM32 F4系列MCU采用了意法半导体的NVM工艺和ART加速器™，在高达180MHz的工作频率下通过闪存执行时其处理性能达到225 DMIPS/608 CoreMark，这是迄今所有基于Cortex-M内核的微控制器产品所达到的最高基准测试分数。 STM32 F4系列包括八条互相兼容的数字信号控制器（DSC）产品线，是MCU实时控制功能与DSP信号处理功能的完美结合体。1M byte 内存。256k随机存储器。

STM32旁通过SPI通信外挂一个FPGA（Xilinx Spartan6 XC6SLX9），FPGA引出32个引脚做高速DIO用。Spartan-6 FPGA为Xilinx的低成本、低功耗FPGA。第六代Spartan系列基于低功耗45nm、9金属铜层、双栅极氧化层工艺技术，以及高级功耗管理技术。9,152Logic Cell 1,430 Slices 11,440Flip-Flops 576kb Block Ram Blocks。200Mhz 运行时钟。

以太网部分使用了W5300以太网专用芯片，速度达到了4Mbyte/sec。STM32F429做通信处理，浮点运算等。使用了SPI与PFAG通信，通信速度为500kbyte/sec。MCU的实时性好，可以与FPGA配合高速环路控制,比如Fuzzy或是PID控制。可通过编程重新定义32路数字输入输出（DIO）功能，可配置成通信功能，例如SPI通信或是UART通信。

我们知道，MCU和FPGA各有长处，单片机适合大规模的运算，FPGA更适合高速并行矩阵的逻辑处理。所以在这个工程中。我们可以让它们各自发挥长处。完成采集处理任务。

Spartan 6 可配置最高速度为200M，也就是说如果你想测量多路并行的100M数字波形成为可能。

或是想输出多个通道的PWM信号，由于FPGA是并行处理。速度与MCU相比快了很多。但FPGA并不适合浮点运算。所以搭配STM32F429。两者合作优势明显。

在店主的一个工程实例中。把Spartan 6（FPGA 2）配置成了四路的UART通信，实现与四个AD7606模块通信实现8*4路的模拟量采集。（每片8路） 实现32通道的16位差分模拟采集，

另一个FPGA 1 配置成了16路的16位PWM 输出，一路SPI通信和16路的PWM输出，只须要使用Spartan 6 不到10%的系统资源。它还可以做更多的事情。

数字IO AB 端子：

Power- ,Power+ 为电源输入端，输入电压范围是9-18V

Out ABP 为AB端子数字引脚输出IO的供电电源输出，可通过背部的跳线设置成3.3V或是5V,默认设置为5V IO供电。

A0 - A7, B0 - B7 为数字IO AB 端子的输入输出端，。

GND 为数字IO 的电源公共端。

数字IO CD 端子：

Out 5V 为内部5V电源输出端，

Out CDP 为CD端子数字引脚输出IO的供电电源，可通过背部的跳线设置成3.3V或是5V,默认设置为5V IO供电。

C0 - C7, D0 - D7 为数字IO CD 端子的输入输出端。

GND为数字IO 的电源公共端。

ABCD共四组IO，每组IO可设定为输入或是输出功能。

这个控制器与以下模块组合使用实现多通道ADC采集

AD7606模拟ADC模块 8通道16位差分隔离 采集控制卡 SPI UART

店主 兼 售后 兼 技术支持：王工，TEL：13731787934

说白了，就是一个人在搞。

QQ: 626680568

QQ群:16440255

更多资料，加群，到群共享中下载。

这是2008年1月建的老群了。可见店主的做工控年头很久了。

编程应用实例ADC采集：

     ADC采集48个通道（8*6），采样速度可使用电脑发送命令的方式，在100-10000次范围内调整。由于SPI采集速度是1M/sec。 10k次*48个通道*2字节每通道=960千字节每秒。

如果只采集一个模块（8个通道），则速度可达50千次采样每通道。

单模块

双模块