随着控制、计算机、通信和网络技术的不断发展,开放式体系结构、网络化、高可靠性、复合化、多轴联动化成为数控系统的发展趋势。Ether CAT以其开放性好、拓扑结构灵活、可靠性高等特点,受到了数控生产厂商的广泛关注。高档数控国家工程研究中心作为一家专门从事数控系统研发的实体,在国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”的支持下,对Ether CAT在数控系统中的应用进行了深入的研究。论文以该项目为依托,针对数控系统中的IO控制、A/D转换等功能设计实现了Ether CAT从站解决方案。本章首先根据EtherCAT协议参考模型从各个层次出发对Ether CAT协议及相关理论的进行了分析;其次分析了EtherCAT的从站组成,比较了ESC的两种实现方案,研究了ESC的技术特点;第三,使用模块化设计思想,围绕STM32和ET1100两个核心芯片构造了从站硬件平台,并对开发过程中所涉及到的接口设计进行了着重介绍和分析;第四,采用层次化的软件设计思想设计实现了底层硬件驱动、EtherCAT协议栈和应用层软件,使用矩阵结构设计实现了Co E对象字典,并实现了SDO上传/下载请求服务;最后,搭建了Ether CAT系统平台对Ether CAT从站系统的软硬件基本功能、可扩展性、SDO服务进行了验证,并通过编写PLC控制程序完成了对EtherCAT IO从站的应用测试。采用模块化的设计方式能够有效改善硬件开发质量、加快开发速度;采用层次化的设计方式能够有效降低系统耦合,提高系统的可移植性和可扩展性。