一种基于cpld的io站数字量输出模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于CPLD的IO站数字量输出模块。本发明包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。本发明结构简单、成本低。采用高性能的复杂可编程逻辑器件实现8路高压数字量信号实时并行输出，实时性高、可靠性高。本发明可以在任何具有增强型SPI接口的设备上直接使用，实用性、通用性强。
【专利说明】—种基于CPLD的IO站数字量输出模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件的灵活IO站数字量输出模块，特别涉及一种IlOV灵活IO站数字量输出模块。
【背景技术】
[0002]IO站是一种高密度的控制及采集模块，主要应用于高速列车的电气系统。一个标准的IO站包括网络控制器、控制模块(模拟及数字量输出模块)、采集模块(模拟及数字量输入模块)、连接背板四大部分。其中，网络控制器为IO站的核心，对外负责挂载通讯总线，对内负责与控制模块及采集模块通讯。网络控制器、控制模块、采集模块通过背板衔接在一起，组成一个标准的IO站。
[0003]IO站数字量输出模块是标准数字(开关)量输出模块，即DO模块的变形扩展应用，适用于高可靠性高密度的应用场合。目前，基于工控机的数字量输出模块和基于RS485总线的数字量输入模块通用的输出标准为不高于24V的驱动输出或者集电极开(OC)路输出，无法实现高电压(如110V)的数字量信号输出，故此无法直接进行高压数字量信号的控制。
【发明内容】
[0004]为了克服现有IO站数字量输出模块不能实现高电压(例如110V)数字量信号输出，本发明提供一种基于CPLD的灵活IO站数字量输出模块，该模块具有增强型SPI接口:即支持一主多从的SPI通讯架构。
[0005]本发明的技术方案为:
[0006]一种基于CPLD的IO站数字量输出模块，其特征在于包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。
[0007]进一步的，所述漏极开路驱动电路上级联有一保护电路。
[0008]进一步的，所述通信接口电路为一增强型SPI通信接口电路。
[0009]进一步的，所述增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议。
[0010]本发明在物理层，所有从设备的MISO引脚均为三态设计，以便空闲时能够实现MISO总线释放功能；在链路层，每个从设备有一唯一地址，主设备通过地址先导码指定访问对应从设备。此IO站数字输出模块包括复杂可编程逻辑器件CPLD、信号隔离电路、漏极开路驱动电路、信号保护电路和通信接口电路；网络控制器通过增强型SPI接口经背板与复杂可编程逻辑器件(CPLD)通讯，对应的控制指令经复杂可编程逻辑器件(CPLD)输出接口通过隔离电路连接到漏极开路驱动电路，经信号保护电路保护后控制高压(110V)数字量信号的输出。从而实现网络控制器通过增强型SPI接口进行高压(110V)数字量信号输出工作。本发明的灵活IO站数字量输入模块可以支持实时并行控制8路IlOV数字量信号输出工作。本发明的增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议，其中的漏极开路驱动电路由隔离电源模块、场效应管、三极管、电阻、电容组成；保护电路由瞬态抑制二极管组成；所述复杂可编程逻辑器件采用低功耗高可靠的的CPLD组成；通信接口电路由高精度匹配电阻、电容组成；隔离电路由光耦、电阻组成。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0012]本发明结构简单、成本低。采用高性能的复杂可编程逻辑器件实现8路高压数字量信号实时并行输出，实时性高、可靠性高。本发明可以在任何具有增强型SPI接口的设备上直接使用，实用性、通用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明8路高压灵活IO站数字量输出模块优选实施例的电路原理框图；
[0014]图2是本发明灵活IO站数字量输出模块中保护电路、漏极开路驱动电路、隔离电路的具体电路图；
[0015]图3是本发明灵活IO站数字量输入模块中CPLD以及通信接口电路具体实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0017]图1是本发明具体实施例的电路原理框图；如图1所示，其为8路IlOV灵活IO站数字量输出模块的电路原理图；其具有增强型SPI接口，包括复杂可编程逻辑器件CPLD、8路110保护电路、8路漏极开路驱动电路、8路隔离电路和增强型SPI通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件输出接口通过8路隔离电路分别连接到8路IIOV漏极开路驱动电路，复杂可编程逻辑器件通信接口通过增强型SPI总线连接至网络通信控制器，在8路IlOV漏极开路驱动电路上级联有8路IlOV保护电路。网络控制器经背板与可编程逻辑器件通讯，信号经CPLD解析后通过隔离电路推动漏极开路驱动电路，驱动信号经保护电路输出到IlOV数字量输出接口。从而实现网络控制器通过增强型SPI接口进行IlOV数字量信号采集工作。
[0018]图2是本发明灵活IO站数字量输入模块中保护电路、漏极开路驱动电路、隔离电路的具体电路图；如图所示，漏极开路驱动电路由隔离电源模块、场效应管、三极管、电阻、电容组成；保护电路由瞬态抑制二极管组成；隔离电路由光耦、电阻组成，隔离电路的输入为CPLD产生的TTL电平信号。图3是本发明灵活IO站数字量输入模块中CPLD以及通信接口电路具体实施例的电路原理图；其中可编程逻辑阵列采用低功耗、高可靠的CPLD组成，其接收从隔离电路输入的TTL电平信号，并通过扩展型SPI协议将数据传输给由精密电阻电容组成的匹配电路，进而传输给通信背板。在实际实现上，通信接口电路由低温漂高精度电阻、电容组成。
[0019]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种基于CPLD的IO站数字量输出模块，其特征在于包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。
2.如权利要求1所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述漏极开路驱动电路上级联有一保护电路。
3.如权利要求1或2所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述通信接口电路为一增强型SPI通信接口电路。
4.如权利要求3所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议。
【文档编号】G05B19/042GK103499937SQ201310452363
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】杨洪陶, 黄东, 郭亮, 于佳晨, 韩超 申请人:中国科学院软件研究所