本实用新型涉及一种用于IO口的电平翻转电路。
背景技术：
随着科学技术的发展和自动化水平的不断提高，PLC、机器人等在工业领域有着越来越广泛的应用；但目前工业领域大量使用的PLC、机器人许多来自国外的厂商，而国外厂商生产的产品又遵循着不同的标准；比如PLC分为欧标和美标，有的设备输出低电平有效，有的设备输出高电平有效，给不同的设备通讯带来了麻烦。
在实际应用过程中往往需要使用IO口电平翻转电路，对不同设备IO口之间往往需要进行电平转换，进而保证设备之间的通讯正常和工作正常；但事实上，在设备工作过程中，电平的状态除了高电平和低电平外，还有高阻态（悬空，无电流）的情况，现有的转换方式只针对于高低电平进行翻转，不能实现高阻态转换输出，给设备通讯带来了诸多不便，也不利于工业领域中PLC、机器人等的正常工作。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于IO口的电平翻转电路，既能够实现高低电平的转换，也能够实现高阻态的转换输出。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于IO口的电平翻转电路，包括电平输入端、串并分压电路、翻转输出电路和电平输出端；电平输入端依次通过串并分压电路和翻转输出电路与电平输出端连接；
所述串并分压电路包括电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电容C3；所述电阻R4的第一端连接24V的VCC电源，电阻R4的第二端依次通过电阻R7、电阻R8和电阻R10接地；电平输入端与电阻R7和电阻R8的公共端连接；所述电阻R4和电阻R7的公共端以及电阻R8和电阻R10的公共端均连接到电容C3的第一端；电容C3的第二端接地；所述电容C3的第一端还与转换输出电路连接；
所述翻转输出电路包括第一运放U2A和第二运放U2B；第一运放U2A同相端连接8V的电源，第一运放U2A的反相端连接所述电容C3的第一端，第一运放U2A的输出端通过电阻R5连接到第一MOS管U1A的栅极；第二运放U2B的同相端连接所述电容C3的第一端，第二运放的反向端连接16V的电源，第二运放U2B的输出端通过电阻R9连接到第二MOS管U1B的栅极；
所述第一MOS管U1A的漏极与24V的VCC电源连接，第一MOS管U1A的源极与第二MOS管U1B的漏极连接，所述第二MOS管U1B的源极接地，且第一MOS管U1A源极与第二MOS管U1B的漏极的公共端连接到电平输出端。
进一步地，所述第一运放U2A与电阻R5的公共端通过电阻R6连接到发光二极管D2的正极，发光二极管D2的负极接地。
进一步地，所述第二运放U2B与电阻R9的公共端通过电阻R11连接到发光二极管D4的正极，发光二极管D4的负极接地；所述电阻R9与第二MOS管U1B的公共端通过电阻R12接地。
进一步地，所述第一MOS管U1A的漏极与24V的VCC电源之间还设置有自恢复保险丝F1。
进一步地，所述的翻转输出电路还包括续流二极管D1，第一MOS管U1A源极与续流二极管D1的正极连接，第一MOS管U1A漏极与续流二极管D1的负极连接。
所述的翻转输出电路还包括续流二极管D3，第二MOS管UIB的源极与续流二极管D3的正极连接，第二MOS管UIB的漏极与续流二极管D3的负极连接。
其中，所述第一运放U2A和第二运放U2B均由29V的VCC电源供电。
所述电平翻转电路还包括电位供给模块，所述电位供给模块分别与第一运放U2A和第二运放U2B连接。
本实用新型的有益效果是：(1)串并分压电路将信号的高电平、低电平或高阻态转换为三种不同固定的电压；再由翻转输出电路对三种固定电压进行处理，获得输入信号中高电平、低电平或高阻态的翻转电平进行输出，既能实现对高低电平的翻转，也能实现对高阻态的转换输出。
（2）第一运放U2A与电阻R5的公共端通过电阻R6连接到发光二极管D2的正极，发光二极管D2的负极接地；第二运放U2B与电阻R9的公共端通过电阻R11连接到发光二极管D4的正极，发光二极管D4的负极接地；所述电阻R9与第二MOS管U1B的公共端通过电阻R12接地，通过发光二极管D2、D4指示能够确定整个电路的工作状态。
（3）第一MOS管U1A的漏极与24V的VCC电源之间还设置有自恢复保险丝F1，能够避免出现负载过流，电源倒灌等情况。
（4）所述的翻转输出电路还包括续流二极管D1和续流二极管D3，第一MOS管U1A源极与续流二极管D1的正极连接，第一MOS管U1A漏极与续流二极管D1的负极连接；第二MOS管UIB的源极与续流二极管D3的正极连接，第二MOS管UIB的漏极与续流二极管D3的负极连接；针对后级接入感性负载的情况，在突然断电的时候能产生一个泄放回路，对整个电路具有保护作用。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种用于IO口的电平翻转电路，包括电平输入端、串并分压电路、翻转输出电路和电平输出端；电平输入端依次通过串并分压电路和翻转输出电路与电平输出端连接；
所述串并分压电路包括电阻R4、电阻R7、电阻R8、电阻R10和电容C3；所述电阻R4的第一端连接24V的VCC电源，电阻R4的第二端依次通过电阻R7、电阻R8和电阻R10接地；电平输入端与电阻R7和电阻R8的公共端连接；所述电阻R4和电阻R7的公共端以及电阻R8和电阻R10的公共端均连接到电容C3的第一端；电容C3的第二端接地；所述电容C3的第一端还与转换输出电路连接；
在本申请的实施例中，电阻R4为200K，电阻R7为100K，电阻R8为100K，电阻R10为200K（电阻R4、R7、R8、R10的阻值比为2:1:1:2），电容C3采用104电容（0.1uF）；根据电阻R4、R7、R8、R10的串并结构结合分压公式可知，当输入为24V高电平时，电容C3两端的电压为24*R10/ (1/(1/R4+1/R7+1/R8)+R10)=20V，当输入为0V的低电平时，电容C3两端的电压为24*1/(1/R10+1/R7+1/R8)/ (1/(1/R10+1/R7+1/R8)+R4)=4V；当输入为高阻态（浮空）时，C3两端的电压=24*R10/(R4+R10)=12V。
所述翻转输出电路包括第一运放U2A和第二运放U2B；第一运放U2A同相端连接8V的电源，第一运放U2A的反相端连接所述电容C3的第一端，第一运放U2A的输出端通过电阻R5连接到第一MOS管U1A的栅极；第二运放U2B的同相端连接所述电容C3的第一端，第二运放的反向端连接16V的电源，第二运放U2B的输出端通过电阻R9连接到第二MOS管U1B的栅极；
所述第一运放U2A和第二运放U2B均由29V的VCC电源供电。在本申请的实施例中，第一运放U2A和第二运放U2B采用LM358来实现；LM358的1脚为第一运放U2A的输出端，2脚为第一运放U2A的反相端，3脚为第一运放U2A的同相端；5脚为第二运放U2B的同相端，6脚为第二运放U2B的反相端，7脚为第二运放U2B的输出端；8脚接29V的VCC电源，4脚接地；在LM358芯片8脚与29V的VCC电源之间还设置有接地电容C1（电容104, 0.1uF）。
所述第一MOS管U1A的漏极与24V的VCC电源连接，第一MOS管U1A的源极与第二MOS管U1B的漏极连接，所述第二MOS管U1B的源极接地，且第一MOS管U1A源极与第二MOS管U1B的漏极的公共端连接到电平输出端。所述的翻转输出电路还包括发光二极管D2，第一运放U2A与电阻R5的公共端通过电阻R6连接到发光二极管D2的正极，发光二极管D2的负极接地。所述的翻转输出电路还包括发光二极管D4，第二运放U2B与电阻R9的公共端通过电阻R11连接到发光二极管D4的正极，发光二极管D4的负极接地；所述电阻R9与第二MOS管U1B的公共端通过电阻R12接地；在本申请的实施例中电阻R5、R6、R11、R12均为10K，电阻R9为20K；第二MOS管U1B和第一MOS管U1A可用包含两个MOS管的AO4828实现。
其中，第一运放U2A和第二运放U2B作为电压比较器使用，电压比较器的特点是当同相（+）端的电压大于反相（-）端的电压的时候，输出端输出高电平（电源正电压）。当同相（+）端的电压小于反相（-）端的电压的时候，输出端输出低电平（电源负电压）；在串并分压电路中已经将输入的高电平、低电平、高阻态分别对应到C3两端的电压20V、4V、12V上；因此当输入>16V（即输入为高电平，C3两端电压为20V），U2B的7脚输出高电平（此处为29V），发光二极管D4被点亮，U2A的1脚输出低电平(此处为0V)，MOS管U1B导通，U1A截止，此时输出端承受灌电流（输出低电平有效信号，实现了高电平到低电平的翻转）。当输入<8V（即输入为低电平，C3两端电压为4V）， U2B的7脚输出低电平（此处为0V），U2A的1脚输出高电平(此处为29V)，发光二极管D2被点亮，MOS管U1A导通，U1B截止，此时输出端承受拉电流（输出高电平有效信号，实现了低电平到高电平的翻转）。当输入信号>8V并且<16V时（即输入高阻态，C3两端电压为12V），U2A输出低电平，U2B输出低电平，MOS管U1A截止，U1B截止，此时输出端为高阻态（悬空，无电流）。
所述第一MOS管U1A的漏极与24V的VCC电源之间还设置有自恢复保险丝F1（24V，1.1A），避免出现负载过流，电源倒灌等情况。
所述的翻转输出电路还包括续流二极管D1，第一MOS管U1A源极与续流二极管D1的正极连接，第一MOS管U1A漏极与续流二极管D1的负极连接。所述的翻转输出电路还包括续流二极管D3，第二MOS管UIB的源极与续流二极管D3的正极连接，第二MOS管UIB的漏极与续流二极管D3的负极连接。续流二极管D1、D3针对后级接入感性负载的情况，比如继电器、电磁阀等，在突然断电的时候能有一个泄放回路。
所述电平翻转电路还包括电位供给模块，所述电位供给模块分别与第一运放U2A和第二运放U2B连接，具体地，所述的电位供给包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1的一端与24V的VCC电源连接，另一端依次通过电阻R2和电阻R3接地，电阻R1、R2和R3阻值相同（本申请中取100K），电阻R1、R2的公共端作为16V的输出端，与第二运放U2B的反相端（LM358的6脚）连接；电阻R2和R3的公共端作为8V的输出端，与第一运放U2A的同相端（LM358的3脚）连接；基于电位供给模块，使得整个电路的电源模块只需要提供24V和29V的VCC电源即可工作，不必再针对8V和16V电位提供单独的电源，简化了电源结构和复杂度。