通常在工業自動化系統之中，會通過一個高速的工業現場總線，比如ProfiNet、EtherNet/IP等網絡，連接到一個IO-Link master設備，再通過這個IO-Link master設備連接到各個IO-Link 的節點，比如IO-Link 的sensor或者是IO-Link的執行器，再或是IO-Link Hub。目前主流的IO-Link master 設備一般可以支持八個節點。

上行連接主控端的方式就是各種工業網絡，也就是以總線的方式進行下行連接，而不同IO-Link slave設備的通信方式則是通過點對點進行。

因此，如果需要擴展更多的IO-Link設備，一般是通過增加IO-Link master 的設備進行擴展。在這些系統之中，還會用到STM32-MCU,電源芯片、傳感器芯片以及其它的驅動器和功率器件等相關產品。

ST可以提供相關系統的完整解決方案，下面將向大家介紹具體內容。

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IO-Link Master端的L6360的內部功能框圖及主要特點。

首先，如下圖所示，圖右上角的VCC可以通過內部開關Power Switch供給L+的電源，給Device一端的線纜上提供供電電壓。這個開關是一個帶限流功能的功率開關，內阻是2Ω，相對較低。這個開關可以通過左邊Digital Interface 的Enable使能管腳進行控制。

然后再來看一下輸出端，也就是中間部分的CQo管腳。它代表的是CQ output，即為信號輸出。它是由高邊開關和低邊開關組成的輸出控制電路，可以通過配置，將其設置為僅控制高邊開關的High-side模式，或者設置為僅控制低邊開關的Low-side 模式，再或是設置為高邊-低邊開關，同時配合使用Push-Pull 推挽的工作模式。

旁邊的CQI代表CQ input 輸入管腳。它是把外部的高電壓信號電平的信號，比如24v電平的信號，通過內部的buffer轉換為3.3v的低電壓邏輯電平，再通過可編程的數字濾波器轉給MCU進行處理和發送。另外，下面還有一個IQ管腳。這個通道可以用來設置一些其他傳統的IO輸入。

在L6360的CQ信號和IQ信號的輸入部分，各有一個可配置的精密電流源。當需要用到深度輸入的時候，就可以進行使用。但如果將CQ作為High-side輸出時，就需要將它關閉。

ST的L6360內置了兩組led指示燈的驅動和時序控制電路，可以用兩種不同顏色的LED指示燈，通過電源和限流電阻連接到LED1和LED2這兩個驅動管腳上。

每個LED都有一個16位的寄存器作為時序控制，每一位的掃描時間是64毫秒，那么16位掃描一次的時間就是一秒鐘左右。

所以不同的閃爍狀態和兩種不同顏色就可以用來顯示當前狀態或者是報警診斷信息。左邊芯片可以支持I2C 接口，以此進行芯片配置。

I2C接口的最快速率為400K，用來實現芯片的寄存器配置、控制和診斷等功能。比如，用寄存器配置高邊低邊的限流大小或是延遲時間等功能。上面部分的Digital Interface與 I2C接口不同, 是一個并行的控制接口，可以控制上述的輸出驅動、輸入接口等等的Enable使能功能，通過這些管腳的上下拉直接進行控制。

在它內部還集成了一個LDO，除了內部使用，還可以實現輸出。它的VH就是這個LDO的輸入管腳，可以到VCC電壓。VDD管腳就是輸出電壓，可以是3.5v或5v，通過SEL管腳進行控制。下拉設置為5v，上拉則設置為3.3v。輸出的電流一般最大可以到50毫安，限流是到65毫安。

LDO輸出可以用作單板上的MCU或者其他所需部分進行供電。一般情況下，工業系統供電24v，而你的MCU是3.3v或者5v，所以它可以幫你的單板節省了一個MCU供電的LDO。當然，當需要更大的電流的時候，那可能就要通過外置一個DC-DC來實現供電。另外，它還有一個控制診斷模塊，具有欠壓保護和過溫保護等功能。

這些診斷信息還可以通過中斷，從而進行輸出。該芯片的最高工作電壓VCC為32.5v。Low-side和High-side的Switch的最大限流為1600毫安。

High-side Switch的內阻是1歐姆，Low-side Switch的內阻是0.6歐姆，因此性能也非常不錯。該芯片的封裝大小為3.5*5毫米，QFN封裝，可以實現一些小型化的需求。

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基于主站的L6360和從站的L6362A芯片可以提供的demo和資料。

首先，主站的L6360評估板叫做STEVAL-IOM001V1。加上MCU的評估板套件，則叫做P-NUCLEO-IOM01M1的評估套件。另外一個四端口的評估板套件被命名為STEVAL-IDP004V2。這些主站評估板的套件都是內置設計。ST軟件的合作伙伴TEConcept 提供了主站協議站的測試版，以供使用。

對于從站部分，ST的L6362A加上STM32的評估板套件，即P-NUCLEO-IOD01A1。另外還有IDP003V1以及BAF001V2這兩個從站評估板，ST都可提供。還有一些文檔資料，都可以在ST官網進行下載。無論主站還是從站，ST都可以提供完整的參考設計，包括硬件軟件的參考設計。

對于從站部分，ST可以免費提供Mini Stack以供使用。對于主站部分，由于代碼量和復雜性，需要通過與ST的軟件合作伙伴咨詢購買硬協議ASIC 或者是軟協議購買代碼的方式。后續會有詳細解釋說明。

怎么利用P-NUCLEO-IOM01M1和P-NUCLEO-IOD01A1這樣的評估套件來搭建一個多端口的測試系統? 舉個例子，四端口的測試系統需要將NUCLEO-F446的MCU評估板用作內置主站協議站的評估板。加上4個STEVAL-IOM001V1的L6360評估板，作為四個輸出的物理層接口。

左邊是主站部分，從站部分為右邊，要使用NUCLEO-L073 MCU評估板來內置從站協議站作為信號處理。STEVAL-LD003V1是從站收發器芯片評估板，作為從站的物理層接口。另外，X-NUCLEP-IKS01A2作為外部傳感器的輸入。最后，從站評估板就完成了。

這樣的話，通過四個主站接口，加上四個從站協議站的評估套件，并使用工業三線的標準線纜將評估板連接起來，接上24v電源，就可以搭建成功一個測試系統。電腦端支持使用USB口進行連接。電腦上需要安裝Control tools, 即IO-Link Control tools, TEConcept評估套件，之后就可以完整搭建起來了。

對于P-NUCLEO-IOM01M1套件，它可以運行IO-Link 主站協議站。它由兩個部分組成，一個是STEVAL-IOM001V1，基于主站L6360收發器的評估板。這個板子的端口插針可以直連四個同樣接口的評估板，因此可以搭建起一套四端口的評估系統。這個板子上還帶了一個IPS161H的智能控制開關,可以作為L+的輸出。

當輸出電流要求較大的時候，我們就可以使用這個外部的IPS161H作為L+ 24v電源的補充輸出這上邊這一塊叫做NUCLEO F446。它是一個基于STM32F446R1的MCU評估板。這塊評估板內置了TEConcept 的IO-link 主站協議站版本。同時,這個板可以支持ST一些通用的開發環境,也有ST-link調試接口提供給大家使用。

這個套件里邊的STEVAL-IOM001V1評估板，就是L6360的評估板。它的插口可以當作MCU的擴展板，也可以疊加起來使用。在最中間，就是一個L6360的主站收發器芯片。在它的左邊部分，有一個IPS161H作為L+輸出電源的驅動和增強功能。

最左邊的中間是IO-Link 的接口端的綠色部分，它的接線要根據線纜接口來定義后再連接。在左下邊，也就是單板的供電，供電范圍是18v到32.5v。一般工業測試來說，24v的直流電源已經足夠。在上面，還有一個Nucleo的備用電源。板子還可以選擇3.3v和5v的穩壓電源，輸出電流可以達到65毫安。這塊板子可以用來單獨測試，也可以直接插到MCU的評估板，無縫連接地使用與評估。

IO-Link從站的P-NUCLEO-IOD01A1評估套件可以運行IO-Link從站協議站，也包含了兩個部分。在擴展版部分, 它由STEVAL-IOD003V1 L6362A從站收發器芯片評估板以及STEVAL-IKS01A2傳感器評估板組成。上面有加速度計、壓力傳感器、溫度傳感器等。

另外一個是模板部分，是一個型號為NUCLEO-L073RZ的MCU評估模板。它是一個基于STM32L073RZ的MCU評估板，可以用來加載來自TEConcept 的IO-Link從站協議站。這個是ST的一款低功耗的MCU-M0的評估板,也可以支持ST的一些調試環境、編譯環境，還有一些外部連接，因此我們可以使用ST link這樣的調試端口來連接使用。

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IO-Link傳感器評估套件里的兩個擴展板。

上圖左是負責IO-Link通信的STEVAL-IOD003V1評估板，上面有一個L6362A的IO-Link從站收發器芯片，下面帶一個連接IO-Link線纜的連接器端子。在這上邊，還可以有一個接頭附加另外的傳感器。另外一塊是傳感器的評估板，它的型號是X-NUCLEO-IKS01A2，帶有ST四種型號的傳感器。

第一個型號是HTS221溫濕度傳感器，它可以測量空氣中的溫濕度。第二個型號是IPS22HB壓力式傳感器，是一個壓阻式絕對值數字輸出氣壓計。第三個型號是LSM6DSL慣性導航測量單元，被稱之為IMU模塊。它由三個方向的加速度計和三個軸向的陀螺儀組成。第四個的型號是一個LSM303AGR加速度計加電子羅盤的傳感器模塊，由三個方向的數字線性加速度傳感器和3D的數字式磁傳感器的電子羅盤組成。

所以這是一個多傳感器測量模塊。在它上邊還有一個接口，可以擴展外接更多的MEMES的傳感器。這是ST的一個特色。

為了配合使用這些評估套件系統，ST有一系列的軟件工具和固件可以提供。首先針對STEVAL-IOM001V1和STEVAL-IOD1003V1這套評估系統，有一個圖形化的用戶界面叫做STSW-IOLINKGUI的圖形用戶界面和對應固件。在ST官網上搜索STSW-IOLINKGUI，就可以找到這個軟件的下載鏈接。

GUI可以免費下載，用來進行這些器件的設置、評估、測試等工作。同時，ST還與一些IO-link協議站的第三方進行合作，可以提供一系列的IO-link專業的協議站應用評估和測試工具。P-NUCLEO這套評估板就可以用來加載來自TEConcept公司的協議站。

TEConcept公司也提供了IO-Link control Tool應用軟件，可以很容易地可視化運行這套IO-Link系統，進行一些參數通訊和數據處理工作。從站中有一個名為IODD的設備描述文件，我們可以通過這個Tool的IODD finder進行加載配置。一些相關的詳細操作方法和步驟，可以參考ST的一些應用文檔，也可以通過在官網搜索UM2421獲得下載鏈接。

基于當前方案，ST產品線還有一個4端口的IDP004V2主站評估板。這套評估板使用了STM32的MCU，加上4個L6360收發器。其內置的IO-Link v1.1的評估板本的協議站，這個單板上還有485接口、CAN接口、USB接口以及DC-DC電源。我們一般是使用USB電纜連接到電腦上，然后在電腦上使用TEConcept的IO-Link control tour進行評估測試。

對于從站的通信接口，其板子上使用的是標準的M12接頭，可以支持標準的IO-Link三線制通信。也就是一根通信線，一根L+電源，以及一根D，可以連接各種IO-Link從站并進行通信測試評估。對于IO-Link 從站協議站， ST這邊可以提供Mini Stack免費協議站。主站協議站相對于從站來說就會更復雜一些。





審核編輯：劉清