[发明专利]基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统及其方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统及其方法，其包括：主控模块和至少一个扩展模块；所述主控模块包括MCU和FPGA主控芯片，所述MCU和所述FPGA主控芯片相连接，所述FPGA主控芯片通过LVDS接口与所述扩展模块相连接；所述FPGA主控芯片通过数据帧控制所述扩展模块，所述扩展模块通过所述数据帧响应所述FPGA主控芯片的控制。本发明实施例能够减少PLC处理器的硬件设施，优化了结构，从而降低了成本和提高了运行效率。

技术领域

本发明涉及工业化自动控制领域，尤其涉及一种基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统及其方法。

背景技术

PLC(可编程逻辑控制器)是一种数字运算操作电子系统，常用于工业、航空、武器装备控制领域，其采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

在现有的PLC中，通常是通过PLC主机控制与其相连接的多个扩展I/O以实现不同的功能。而现有的技术中，PLC主机与多个扩展I/O之间的连接较为复杂，例如，在PLC主机中包括处理器、串行解串器芯片、锁相环芯片、FPGA以及板间连接器，结构较为臃肿，导致成本较高，同时，还容易互相干扰从而降低处理效率，另外，在扩展I/O中，最后一个扩展I/O需要通过设置末端端子以便于PLC识别多个扩展I/O中的最后一个扩展I/O，不仅增加了成本，还给用户带来了不便。

发明内容

本发明实施例提供一种基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统及其方法，其结构简单，不仅能够简化了主控模块的结构，同时还提升了运行效率和降低了成本，同时，还提供了一种主控模块与扩展模块的通信方法，提升了通信效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统，其包括主控模块和至少一个扩展模块；所述主控模块包括MCU和FPGA主控芯片，所述MCU和所述FPGA主控芯片相连接，所述FPGA主控芯片通过LVDS接口与所述扩展模块相连接；所述FPGA主控芯片通过数据帧控制所述扩展模块，所述扩展模块通过所述数据帧响应所述FPGA主控芯片的控制。

进一步地，所述PLC系统包括多个扩展模块，每个所述扩展模块均包括FPGA辅助芯片，所述FPGA主控芯片通过LVDS接口与第一个所述扩展模块相连接，其余每个所述扩展模块之间通过LVDS接口串联；所述FPGA主控芯片与所有所述FPGA辅助芯片以及每个所述FPGA辅助芯片之间均通过所述数据帧进行通信。

进一步地，所述MCU和所述FPGA主控芯片通过并行接口连接。

第二方面，本发明还提供一种基于FPGA实现LVDS通信的方法，应用于上述基于FPGA实现LVDS通信的PLC系统，所述数据帧包括第一数据帧和第二数据帧；所述FPGA主控芯片通过向所有所述扩展模块发送所述第一数据帧以实现对所有所述扩展模块的编址和识别；所述FPGA主控芯片通过向所有所述扩展模块发送第二数据帧以实现和所有所述扩展模块之间的数据交换。

进一步地，所述第一数据帧包括同步头、指令类型以及地址计数器；所述所述FPGA主控芯片通过向所有所述扩展模块发送所述第一数据帧以实现对所有所述扩展模块的编址和识别的步骤包括下行传输和上行传输，在所述下行传输中，所有所述扩展模块通过接受所述第一数据帧以完成编址从而获得相对应的地址，在所述上行传输中，所述扩展模块通过再次接受所述第一数据帧以及所获得的地址确认自身的时隙。

进一步地，所述第二数据帧包括所述同步头、所述指令类型以及所述扩展模块的数据，其中，所述扩展模块的数据位于每个所述扩展模块相对应的时隙中。

进一步地，所述下行传输和所述上行传输的步骤，包括：

若接收到所述第一数据帧，判断自身是否为最后一级扩展模块；