ST工业通信板EVALCOMMBOARD：工业通信与控制的理想之选

一、引言

在工业自动化和通信领域，可靠且灵活的通信与控制平台至关重要。ST工业通信板（订单代码：EVALCOMMBOARD）便是这样一款旨在为工业客户提供便捷通信与控制解决方案的平台。它能在控制PC和工业参考设计板之间建立可靠的通信通道，让工程师们可以在应用环境中评估各种工业产品。

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二、系统概述

设计原则

ST工业通信板围绕几个关键原则设计：

1. 可靠通信：在控制PC和工业参考设计板之间提供可靠的通信通道。
2. 灵活性：一块板就能控制所有工业参考设计，极大地提高了通用性。
3. 专用固件：运行适用于所有参考设计的专用固件（FW）。
4. 交互软件：与实现参考设计图形用户界面（GUI）的专用软件（SW）进行交互。

核心组件

该板基于ST72F651AR6 USB微控制器，主要接口为标准的12 Mbs USB，方便与现代PC连接，同时还配备了RS232接口作为备用通信端口。板上还有10位数字到模拟转换器（DAC）和高增益、高带宽放大器，以及跳线、开关和LED，提供了更强的适应性和可视化工具。

三、电源供应

电压需求

板上组件需要多种电压供应，主要包括：

1. 主电源（VDD）：由基于L5973D的开关转换器（降压）提供，输入范围为5V - 35V，输出为5V。
2. MCU闪存编程（VPP）：通过ST662A调节电荷泵转换器，从Vdd转换得到12V。
3. 运算放大器负电源（-5V）：由ST662A的非调节电荷泵产生。

电源来源

电源可以从四个不同来源获取：PLM 10V、5V电机、电话插孔（兼容常见笔记本电源连接器，输入范围5V - 35V）和USB 5V。通过二极管D7、D8、D10和D12防止反向电流，确保不同电源独立，且较高电压输入将成为主导电源。当电源激活时，LED D11会亮起。

四、微控制器

特性

ST72F651AR6 USB微控制器具有诸多特性：

1. 高达8MHz的ST7控制单元。
2. 32 KBytes嵌入式闪存程序存储器和5 KBytes嵌入式RAM存储器。
3. 多达47个通用IO，带有3个中断源，两个独立的IO银行（一个5V供电，一个2.7V - 5V供电）。
4. 集成了可编程看门狗定时器/计数器、可编程DMA控制器、全速USB控制器、16位定时器、10位PWM发生器、全双工SPI外设、I²C总线接口和8通道8位A/D转换器等片上外设。

RS - 232接口

RS - 232接口通过软件模拟，使用一个通用IO作为TxD信号，一个中断源IO作为RxD信号，以及一个输出比较单元来生成正确的收发时序。固件实现了半双工RS - 232接口，当同时进行读写操作时，写操作会中止，读操作不会丢失数据。

内部时基生成

使用一个输出比较资源和一个自由计数器生成1ms的内部时基，自由计数器还可用于生成多达10个可编程超时计数器（分辨率为1ms）。

五、运算放大器

LM358由两个独立的高增益（100 dB）、高带宽（1.1 MHz）且内部补偿的运算放大器组成。在工业通信板中，它们采用差分配置，双极性电源为5V - -5V。输出信号为VREF_A和VREF_B，用于提供模拟电压偏移，在电机控制应用中，能将DAC生成的正弦信号围绕0电压水平居中。

六、接口与连接器

USB接口

主要通信通道，基于ST72F651全速USB接口，通过特定的固件和驱动与控制PC通信。插入USB电缆后，板从PC的5V USB接口获取电源，同时还提供DFU（设备固件升级）功能。

RS - 232接口

可作为与运行控制软件的PC的通信通道，由J10连接器实现，通过ST232多通道RS - 232驱动和接收器与微控制器的两个通用IO连接。不使用时，可通过打开跳线J11降低功耗。

电机控制接口

通过34针连接器J7与电机控制板通信，提供多种信号，如电源电压、感测电压、过流标志、PWM电流控制参考电压等。

电力线通信接口

通过50针J6连接器与电力线通信板通信，提供数字信号、模拟信号、控制信号和电源信号。控制信号可用于检测板上安装的调制解调器类型。

在线通信接口

提供访问调试功能和在线编程功能，可对MCU闪存进行完整写入。

电源接口

可从不同来源获取电源，若选择外部专用电源，电压范围需在5V - 35V，建议功率为500mW，外部电源连接器为标准2.5mm电话插孔。

跳线

板上有五个跳线，可灵活管理复位、DAC参考电压、在线通信和RS232接口电源。

七、开关与LED

开关

板上有五个开关，包括一个微控制器复位开关（RES）和四个通用开关（SW1、SW2、SW3和SW4）。RES开关直接连接微控制器的RESET引脚，通过RC网络保证复位负脉冲的正确时序；通用开关通过电阻分压器网络连接到微控制器的AD转换器，按下开关时，ADC读取的电压可告知微控制器哪个按钮被按下。

LED

板上有五个LED，DL1、DL2、DL3、DL4为通用LED，可由用户应用配置；LED D11为电源（5V）指示灯。

八、应用领域

电力线通信

通过PLC连接器，可与基于ST7538和ST7540 FSK收发器的两个不同PLC评估板配合使用，用于自动抄表和家庭自动化等应用。工业通信板和PLC参考设计板组成完整的PLC节点，借助ST7538/40演示软件工具，可评估ST PLC芯片组的特性和收发性能。

电机控制

ST电机控制设备有多种应用，每种应用都有特定的评估板，可通过连接器J7连接到工业通信板。专用固件可计算移动轮廓，控制步进电机在指定位置移动，其核心是20 - kHz中断，中断服务程序（ISR）可实时计算速度和位置。

九、固件

设备固件升级

DFU功能允许用户通过PC USB端口升级工业通信板上的特定应用固件。可通过硬件（按下RES按钮并同时按住SW1开关）或软件（发送SetDFUMode命令）进入DFU模式。

应用特定固件

针对电力线通信和电机控制开发了特定固件，电力线通信固件可执行编程收发器控制参数、发送和接收数据、进行通信通道可靠性测试等功能；电机控制固件可计算步进电机的移动轮廓，控制电机运行。

十、软件

PLC ST7538/40 DEMOKIT软件评估工具

该工具可将一个或多个ST电力线调制解调器演示板与个人计算机连接，自动识别连接的设备类型。通过该工具，可进行读写控制寄存器、打开发送和接收会话、进行Ping会话等操作。

电机控制软件

提供用户友好的图形用户界面（GUI），可控制步进电机和直流电机。控制面板允许用户设置电机运动各部分的电流和保持时间，还可进行热评估，根据应用的操作条件计算设备的功耗和工作结温。

十一、总结

ST工业通信板EVALCOMMBOARD是一款功能强大、灵活且可靠的工业通信与控制平台。它在电源供应、微控制器、接口、应用等方面都有出色的设计，为工业客户提供了便捷的解决方案。无论是电力线通信还是电机控制，都能满足工程师们的需求。你在使用类似工业通信板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。