专利名称：带隔离双向数字输入输出电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字输入输出电路，尤其涉及一种带隔离双向数字输入输出电路，该电路能够在软件的配合下使用户能自由选择输入输出模式。
背景技术：
在现代工业应用中，随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的不断发展，变频器已经广泛应用于交流电动机的变频调速上。由于变频器高效的驱动性能和良好的控制特性，使其在钢铁、化工、纺织、机械电力、造纸等各个行业中被广泛使用。在各个应用场合里，数字输入输出端口是必不可少的，它广泛的应用于控制外部器件动作及接受开关信号，以达到变频器和外部系统正常的协作。
目前，在各个品牌的变频器中，数字输入输出口定义各不相同，大部分都是分离的，即输入口和输出口不相干，很多情况下所需要用的数字输入输出并不能满足具体的需求，这就造成输入输出端子的浪费。另外有的产品虽然有可以复用的数字输入输出端子，但其对外不隔离，因此外部的干扰有可能影响内部电路，从而影响了整个产品的正常运行。
图1为现有的数字输入电路，图2为现有的数字输出电路，数字输入口 DI和数字输出口 DO是各自分开的，外部电源DC通过开关K接到输入口 DI，通过分压电阻Rl、R2使得光耦器件Ul的输入端导通，此时光耦器件Ul的输出端的电平由VCC拉低到0. 7V使得输入检测信号CDI发生变化，完成一次数字输入功能；光耦器件U2作为数字量输出的隔离芯片，由CPLD发出驱动信号D0_DRIVE控制光耦器件U2输入端导通，此时输出端口需要外接电源DC和负载RL来完成数字量输出功能。
这种数字输入和数字输出相分离的电路存在以下缺点1、占有I/O资源，不能根据用户的具体需求而合理的分配I/O 口，造成I/O 口的浪费。2、数字输出电路不能提供对外的电源，需要外接电源才能完成数字输出功能，以此限制了产品的使用场合。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带隔离双向数字输入输出电路，该电路的输入输出口为同一个端口，避免了 I/O 口的浪费，且能够在软件的配合下使用户能自由选择输入输出模式。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是
一种带隔离双向数字输入输出电路，它包括有I/O 口 ；
当I/O 口作为输入端口的时候，外加电源到I/O 口，I/O 口的电信号经分压电路和第一滤波电路后，使第一光耦器件导通，第一光耦器件出来的电信号经第一限流电阻和第二滤波电路后，将信号传递到与可编程逻辑器件连接的信号输入口上；
当I/O 口作为输出端口的时候，可编程控制器CPLD输出的驱动信号经第二限流电阻后触发第一三极管，第一三极管的集电极出来的电信号经第三限流电阻和第三滤波电路后，触发第二光耦器件，第二光耦器件出来的电信号经第二三极管放大后，将电信号传递到I/O 口。
按上述方案，所述的第一限流电阻的阻值范围为66Ω-3300Ω ；所述的第三限流电阻的阻值范围为100 Ω -500 Ω。
按上述方案，在I/O 口作为输入端口的时候，I/O 口接一假负载电阻。
按上述方案，所述的第一滤波电路和第二滤波电路由电容和电阻串联组成。
按上述方案，所述的第三滤波电路由电容和电阻并联而成。
按上述方案，所述的第一光耦器件和第二光耦器件由发光二极管和光电三极管组成。
当I/O 口作为数字输出端口的时候，由可编程控制器CPLD送出DO DRIVE作为输出驱动信号，此时第一三极管导通，第一三极管的集电极拉低到0. 7V作用，第二光耦器件导通后，第二光耦器件出来的信号经第二三极管放大后加载到I/O 口，实现数字输出功能。 当I/O 口作为数字输入端口的时候，外部电压加到I/O 口上，经分压电路和滤波电路后，使第一光耦器件的输入端产生压差，第一光耦器件导通，第一光耦器件出来的信号经第一限流电阻和第二滤波路后，将信号传递到与可编程控制器CPLD连接的数字信号输入口上。
本发明的有益效果在于1、数字输入输出均采用独立的光耦器件，实现用户接口与内部电路的完全隔离。2、当I/O 口作为输出口时，第二三极管将电压信号放大，这样就可对外提供操作电源，当然也相应的提高了数字输出的带载能力。3、该电路的输入输出口为同一个端口，避免了 I/O 口的浪费，且能够在软件的配合下使用户能自由选择输入输出模式，使用非常方便。
图1为现有的数字输入电路原理图。
图2为现有的数字输出电路原理图。
图3为本发明带隔离双向数字输入输出电路原理图。
图4为本发明带隔离双向数字输入输出电路Saber仿真电路。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
参见图3，一种带隔离双向数字输入输出电路，它包括有I/O 口，I/O 口外接负载电阻RL，I/O 口与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的基极通过电阻R5与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的集电极与第二光耦器件Ul的光电三极管的集电极连接，第二三极管Q2的集电极与电压VCC连接，第二三极管Q2的基极与第二光耦器件Ul 的光电三极管的发射极连接，第二光耦器件Ul的阳极与电压VDD连接，第二光耦器件Ul的阳极接电阻R4和电容Cl的并联后与第二光耦器件Ul的阴极连接，第二光耦器件U2的阴极与第三限流电阻R3连接后与第一三极管Ql的集电极连接，第一三极管Ql的基极经电阻 R2后与第一三极管Ql的发射极连接，第一三极管Ql的发射极接地，第一三极管Ql的极经第二限流电阻Rl连接后与可编程控制器CPLD输出的D0_DRIVE驱动信号连接；
I/O 口外接电源DC、开关K，I/O 口与假负载电阻R6连接后接地，I/O 口与电阻R7 连接后与第一光耦器件U2的阳极连接，第一光耦器件U2的阳极与电阻R8和电容C2的并联连接后与第一光耦器件U2的阴极连接，第一光耦器件U2的阴极接地，第一光耦器件U2的光电三极管的发射极接地，第一光耦器件U2的光电三极管的集电极与第一限流电阻R9连接后接电压VDD，第一光耦器件U2的光电三极管的集电极与滤波电阻RlO连接后与信号输入端口⑶I连接，信号输入端口⑶I与电容C3连接后接地，数字输入信号端口⑶I将信号发给可编程控制器CPLD。
第二光耦器件U1、第一光耦器件U2分别承担数字输出、数字输入信号的隔离。当端口作为数字输出模式的时候，上位机或键盘设置I/O 口为高电平，此时CPLD输出驱动信号DO DRIVE为高电平，此时第一三极管Ql导通，第一三极管Ql的集电极拉低到0.7V作用，第二光耦器件Ul的发光二极管导通，VCC电压经过第二光耦器件Ul的光电三极管和第二三极管Q2组成共集电极放大电路加载到I/O 口，实现数字输出功能。当端口作为数字输入模式的时候，外部电压加到IO端口上，由电阻R7、R8组成的分压电路使得第一光耦器件 U2的发光二极管导通，第一光耦器件U2的光电三极管工作，使得数字输入信号CDI的电压 VDD变为0. 7V，再通过可编程控制器CPLD反向实现数字输入信号的变化。数字输出驱动信号DO DRIVE和数字输入信号⑶I在CPLD中进行总线锁存。
本实施例中，第一限流电阻的阻值范围为66Ω-3300Ω ；第三限流电阻的阻值范围为 100 Ω-500 Ω。
电阻R7和电容C2串联组成第一滤波电路；电容C3和电阻RlO串联组成第二滤波电路；电阻R7和电阻R8串联组成分压电路；电阻R4和电容Cl并联组成第三滤波电路。
本发明的数字输入输出端口公用一个，端口的模式由软件来选择，使用户有更自由的选择空间。
本发明电路仿真实验如图4所示，它包括有I/O 口，I/O 口外接负载电阻RL，I/ 0 口与三极管q2的发射极连接，三极管q2的基极通过电阻r2与三极管q2的发射极连接， 三极管q2的集电极与光耦器件Ul的光电三极管的集电极连接，三极管q2的集电极与电压 VCC连接，三极管q2的基极与光耦器件Ul的光电三极管的发射极连接，光耦器件Ul的阳极与电压VCC连接，光耦器件Ul的阳极接电阻r9和电容c3的并联后与光耦器件Ul的阴极连接，光耦器件U2的阴极与第三限流电阻r8连接后与三极管ql的集电极连接，三极管ql 的发射极接地，三极管ql的基极经限流电阻r3连接后与信号发生器V_pulSe相连受其驱动控制数字输出。
通过Saber软件对电路进行仿真，电路中所有参数均按实际要求设定。根据不同负载RL得到表一仿真结果。
表一Saber 仿真结果VCC = 24V
权利要求
1.一种带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于它包括有I/O 口 ；当I/O 口作为输入端口的时候，外加电源到I/O 口，I/O 口的电信号经分压电路和第一滤波电路后，使第一光耦器件导通，第一光耦器件出来的电信号经第一限流电阻和第二滤波电路后，将信号传递到与可编程逻辑器件连接的信号输入口上；当I/O 口作为输出端口的时候，可编程控制器CPLD输出的驱动信号经第二限流电阻后触发第一三极管，第一三极管的集电极出来的电信号经第三限流电阻和第三滤波电路后， 触发第二光耦器件，第二光耦器件出来的电信号经第二三极管放大后，将电信号传递到I/O
2.如权利要求1所述的带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于所述的第一限流电阻的阻值范围为66 Ω-3300 Ω ；所述的第三限流电阻的阻值范围为100Ω-500Ω。
3.如权利要求1所述的带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于在I/O口作为输入端口的时候，I/O 口接一假负载电阻。
4.如权利要求1所述的带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于所述的第一滤波电路和第二滤波电路由电容和电阻串联组成。
5.如权利要求1所述的带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于所述的第三滤波电路由电容和电阻并联而成。
6.如权利要求1所述的带隔离双向数字输入输出电路，其特征在于所述的第一光耦器件和第二光耦器件由发光二极管和光电三极管组成。
全文摘要
本发明涉及一种带隔离双向数字输入输出电路，它包括有I/O口，当I/O口作为输入端口的时候，外加电源到I/O口，I/O口的电信号经分压电路和第一滤波电路后，使第一光耦器件导通，第一光耦器件出来的电信号经第一限流电阻和第二滤波电路后，将信号传递到与可编程逻辑器件连接的信号输入端口；当I/O口作为输出端口的时候，可编程控制器CPLD输出的驱动信号经第二限流电阻后触发第一三极管，第一三极管的集电极出来的电信号经第三限流电阻和第三滤波电路后，触发第二光耦器件，第二光耦器件出来的电信号经第二三极管放大后，将电信号传递到I/O口。本发明方便用户配置节省I/O数量；采用全隔离方式提高可靠性。
文档编号H03K19/14GK102497197SQ20111044612
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者卢家斌, 唐文秀, 康现伟, 李传涛, 李四川, 李海东, 王胜勇 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司