专利名称：场效应晶体管数字量输出电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输出电路，特别是指一种工业过程自动化控制终端设备的场效应晶体管(FET)数字量输出电路，适用于石化、给排水、电力、冶金等领域，FET输出可在系统中被设定为ON或OFF状态，通常用于控制仪表的指示灯、继电器、电机开关及其他需要12-24VDC和适当负载电流的ON/OFF驱动器。
背景技术：
目前，在我国应用于工业过程自动化领域控制设备中的数字量的输出电路，由于电路设计简单，电路中没有采取隔离设计，而采集现场又存在信号干扰大的特点，所以不足之处是信号转换不准确、输出信号失真，给控制系统的整体控制造成极大影响，而且随着现场控制信号点的增加，可扩展能力差。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而为工业现场设计的一种场效应晶体管数字量输出电路，输出端通过接线端子与外围电路连接，将主控制器传来的控制数据转换为相应的控制信号对现场阀门、开关进行控制；通过3位地址拨码，可同时并联使用8个此种电路；提供DC输出，DC+分别输出到8个输出端，输出电压范围12-24V；负载电流250mA；FET输出部分与数字电路部分电源隔离；与主控制器通过I2C总线方式通讯；FET输出部分电源由外接24VDC提供；数字电路部分电源5V由主控制器提供；外壳采用ECHO B型盒封装。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种场效应晶体管数字量输出电路，
该电路由逻辑控制电路和信号输出电路组成，其连接构成如下逻辑控制电路电源Vcc通过电阻R26接一非门U9C的输入端和数据总线，其输出端接三非门U9D、U9E、U9F并联的输入端，三非门U9D、U9E、U9F的输出端接发光二极管的负端，电源Vcc通过电阻R25接数据总线和R15，通过R15后接非门U9A的输入端，非门U9A的输出端接到U9B的输入端、扩展芯片U11 PCF8574A的16腿和通过电容C9到信号地，同时与拨码开关SW1的14、15、16端相接，U9B的输出端接入反相器U10 74HC240AP的1和19管腿；数据总线I2C接口扩展芯片U11 PCF8574A的1、2、3三个控制端的管腿接入下拉电阻R24到信号地，同时与拨码开关1、2、3端相连，其输入端14 SCL、15 SDA接入数据总线，将输入的串行数据形式通过数据总线I2C接口扩展芯片U11 PCF8574A扩展为八路，数据总线I2C接口扩展芯片U11PCF8574A的输出端4、5、6、7、9、10、11、12分别与反相器U10 74HC240AP的输入端8、6、4、2、17、15、13、11相连，反相器U10 74HC240AP八个输出端12、14、16、18、3、5、7、9通过限流电阻R32、R31同发光二极管LED相连，同时通过电阻R28、R27接入光耦片U1、U2的管腿1、3、5、7，反相器U10 74HC240AP的管腿20接电源Vcc，管腿10接信号地，光耦片U1、U2的管腿2、4、6、8接信号地；输出电路两个光耦片U1、U2 TLP521-4的9、11、13、15管腿与一组场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4删极G相连和通过电阻R2接电源地和分别与CR5、CR6、CR7、CR8串连至输出端，通过电阻R1接电源地和分别与CR1、CR2、CR3、CR4串连至输出端，各输出端连接场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4的源极S，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4的漏极D接至电源12～24V的正极，两个光耦片U1、U2 TLP521-4的10、12、14、16管腿接电源37V。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点场效应晶体管数字量输出电路FET输出可在系统中被设定为ON或OFF状态。通常用于控制仪表的指示灯、继电器、电机开关及其他需要12-24VDC和适当负载电流的ON/OFF驱动器；该电路中的发光二极管显示每一路输出端口的状态，主控制器经过数据总线通过FET数字量输出电路上的TTL逻辑电路对发光二极管进行使能控制，从而可达到节能的作用。还可根据现场要求，设置电路地址，易于电路的扩展。该电路已制成模块，安装方便快捷，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统总线上。由于本实用新型采用的都是工业级元器件，可适应的温度泛围非常广，为-40℃～60℃。能够在较恶劣的环境下工作。
图1.场效应晶体管数字量输出电路电原理图。
具体实施方式
请参考图1场效应晶体管数字量输出电路电原理图，FET数字量输出电路分两部分信号输出电路和逻辑控制电路。由数据总线I2C接口扩展芯片PCF8574A、反相器74HC240AP、TTL逻辑电路、光耦片TLP521-4、三端稳压器LM7912CT、拨码开关及一组发光二极管LED、一组场效应晶体管组成。通过数据总线与主控制器相连。
通过一单非门串联一组三个并联的非门逻辑电路接入一组发光二极管LED，通过两个非门电路分别接入拨码开关SW1的14、15、16拨码处和反相器U10 74HC240AP的1G和2G管腿。数据总线I2C接口扩展芯片U11PCF8574A的A1、A2、A3三个控制端的管腿接入下拉电阻同时与拨码开关1、2、3端相连，其输入端14 SCL、15 SDA接入数据总线将输入的串行数据形式进行扩展为八路，数据总线I2C接口扩展芯片U11 PCF8574A的输出端与反相器U10 74HC240AP的输入端相连，反相器U10 74HC240AP八个输出端通过限流电阻同发光二极管LED相连，同时通过限流电阻接入光耦片U1、U2的1、3、5、7端；VCC端接入电源，GND端接地，其片选信号1G、2G管腿通过非门逻辑电路连接到数据总线与主控器相连，反相器U10 74HC240AP八个输出端通过接入两个光耦片U1、U2 TLP521-4的9、11、13、15端与一组场效应管相连。U1、U2的2、4、6、8端接地。外接电源端子IN+接入三端稳压器U12的管腿1，在电源和地之间接入一个限流电阻R10、二极管CR11和发光二极管LED(作为电源的指示灯)同时还并联一个瞬变二极管CR9，防止输入电压过大；在U12的管腿1与管腿2之间并联一个二极管CR10和电容C5；管腿3与管腿1之间接入一个电容C4；U12的输出端3接入倍压器U13 7660S的管腿3和管腿5，管腿8接入IN+，同时接入二极管CR13的A极，管腿2通过电容C1接入CR13的K极，同时通过二极管CR12接入光耦片U1、U2的管腿10、12、14、16；U1、U2的管腿15、13、11、9分别接入场效应管Q的g极，在其g极与地之间接入一个电阻R1、R2，其s极与地之间接入一个二极管CR1-8，d极接入电源IN+，s极接入输出端子。
下面结合电路图，再对本实用新型作进一步的说明。
通过在此电路上设计了两个TTL逻辑电路U9，数据总线端通过一单非门串联一组三个并联的非门逻辑电路U9接入一组发光二极管LED，使控制器可以控制发光二极管LED的使能作用，从而可达到节能的效果。数据总线端通过两个非门电路U9分别接入拨码开关SW1的16、15、14拨码处和反相器U10 74HC240AP的1G和2G管腿，实现复位功能，通过两个非门逻辑电路来复位地址和反相器。数据总线与数据总线I2C接口扩展芯片U11PCF8574A之间接入拨码开关SW1，其作用就是控制扩展芯片的地址位，从而决定了这个电路在总线中的地址，实现电路的扩展；通过拨码开关SW1的地址选择来决定总线中的地址实现电路的扩展，最多可扩展到八个电路。主控器通过数据总线端将串行数据通过U11 PCF8574A数据总线I2C接口扩展输出芯片SDA数据端输入，经数据总线I2C接口扩展芯片将串行数据转换为8位并行信号，当信号输出端为低时，通过反相器后输出信号置高，这时可使接入的发光二极管工作，同时可通过接入的光耦、和稳压、倍压电路完成相应电压12-24V的输出，从而完成相对的控制动作；当信号输出端为高时，通过反相器U10后输出信号置低，这时发光二极管LED不工作。控制器通过数据总线接入非门电路，当输入信号为高时，通过非门电路输出为高，从而控制发光二极管LED不工作；当输入信号为低时，通过非门电路U9输出为低，从而控制发光二极管工作。控制器通过数据总线接入两非门复位电路，当复位信号为低时，通过非门电路，输出信号为高，从而通过拨码开关SW1与数据总线I2C接口扩展输出芯片将该模块在总线中的地址传送到主控制器，同时通过另一非门电路接入反相器U10的1G、2G管腿控制反相器的工作状态。
FET数字量输出电路提供了8路DC输出，FET数字量输出可在系统中被设定为ON或OFF状态。数字量输入电压24V；与主控制通过数据总线I2C总线通讯；三位地址拨码，可同时并联8个电路。
通常用于控制仪表的指示灯、继电器、电机开关及其他需要12-24VDC和适当负载电流的ON/OFF驱动器。
FET数字量输出电路中的发光二极管显示每一路输出端口的状态。主控制器可以控制这些LED。
该用于自动化控制终端的FET数字量输出电路，已制成模块，本厂编号和名称为E109FET数字输出模块，E109FET数字输出模块外形尺寸为(长)118mm×(宽)108mm×(高)44mm，采用ECHO B型盒封装，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统I/OBUS总线上。
E109提供了8路DC输出。DC+分别输出到8个输出端。模块使用接线端子与外围电路连接，推荐使用22～12AWG的标准电线。
现以ECHO三相计量控制器为例，对E109FET数字量输出电路在本产品的控制过程及作用进行阐述。ECHO三相计量控制器根据油田生产过程中油、气、水三相计量工艺完成计量站的计量和数据采集工作。它由主控电路、数字量输入/输出电路、数字量输出电路(E109)、模拟量输入电路、模拟量输出电路、脉冲量输入电路等组成。
E109数字量输出模块接收主控制器的串行数据形式的控制信息，把控制信息转换为标准的继电器类型信号输出，经中间继电器隔离后接入相应的控制位置，来控制电动阀的位置。
现场应用表明，E109FET数字量输出电路具有应用灵活、精度高、可靠性高、安装使用方便等特点，并可应用于-40℃～60℃的环境温度，5％～95％相对湿度，适用于野外恶劣的工业现场环境。
权利要求1.一种场效应晶体管数字量输出电路，其特征在于该电路由逻辑控制电路和信号输出电路组成，其连接构成如下逻辑控制电路电源Vcc通过电阻R26接一非门U9C的输入端和数据总线，其输出端接三非门U9D、U9E、U9F并联的输入端，三非门U9D、U9E、U9F的输出端接发光二极管的负端，电源Vcc通过电阻R25接数据总线和R15，通过R15后接非门U9A的输入端，非门U9A的输出端接到U9B的输入端、扩展芯片U11 PCF8574A的16腿和通过电容C9到信号地，同时与拨码开关SW1的14、15、16端相接，U9B的输出端接入反相器U10 74HC240AP的1和19管腿；数据总线I2C接口扩展芯片U11 PCF8574A的1、2、3三个控制端的管腿接入下拉电阻R24到信号地，同时与拨码开关1、2、3端相连，其输入端14 SCL、15 SDA接入数据总线，将输入的串行数据形式通过数据总线I2C接口扩展芯片U11 PCF8574A扩展为八路，数据总线I2C接口扩展芯片U11PCF8574A的输出端4、5、6、7、9、10、11、12分别与反相器U10 74HC240AP的输入端8、6、4、2、17、15、13、11相连，反相器U10 74HC240AP八个输出端12、14、16、18、3、5、7、9通过限流电阻R32、R31同发光二极管LED相连，同时通过电阻R28、R27接入光耦片U1、U2的管腿1、3、5、7，反相器U10 74HC240AP的管腿20接电源Vcc，管腿10接信号地，光耦片U1、U2的管腿2、4、6、8接信号地；输出电路两个光耦片U1、U2 TLP521-4的9、11、13、15管腿与一组场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4删极G相连和通过电阻R2接电源地和分别与CR5、CR6、CR7、CR8串连至输出端，通过电阻R1接电源地和分别与CR1、CR2、CR3、CR4串连至输出端，各输出端连接场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4的源极S，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8或Q1、Q2、Q3、Q4的漏极D接至电源12～24V的正极，两个光耦片U1、U2 TLP521-4的10、12、14、16管腿接电源37V。
专利摘要本实用新型涉及一种场效应晶体管数字量输出电路，此电路有两个TTL逻辑电路，通过一单非门串联一组三个并联的非门逻辑电路，接入一组发光二极管LED，控制器控制发光二极管LED的使能作用，通过两个非门电路接入拨码开关SW1和反相器U10，实现复位功能及电路的扩展，最多可扩展到八个电路，将串行数据转换为8位并行信号，当信号输出端为低时，通过反相器置高，发光二极管工作，同时通过接入光耦U1，使光耦导通，输出电压，反之，无电压输出；控制器通过数据总线接入两非门复位电路，当复位信号为低时，通过拨码开关SW1与数据总线文档编号H03K19/094GK2587109SQ02285979
公开日2003年11月19日 申请日期2002年11月13日 优先权日2002年11月13日
发明者俞凌, 庄贵林 申请人:北京安控科技发展有限公司