CN103391088B - 电路状态反转处理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路状态反转处理器。其中，该电路状态反转处理器包括：运算放大器，包括正向输入端、反向输入端以及输出端；参考电压生成装置，用于为运算放大器的反向输入端提供固定的参考电压，参考电压V_ref的范围为：0＜V_ref＜V_CC；电压转换装置，用于将运算放大器的输出电压进行反向预处理，以生成反转电压；开关装置，用于在触发开关装置之后，将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器的正向输入端；反馈装置，用于将输出电压直接反馈给运算放大器的正向输入端；输出装置，用于输出该输出电压。通过本发明，能够达到降低设计电路状态反转处理器的成本和复杂度。

Description

电路状态反转处理器

技术领域

本发明涉及电路设计领域，具体而言，涉及一种电路状态反转处理器。

背景技术

在一些实际使用电路中，需要通过按键对电路状态进行反转处理，即通过按键使电路的输出状态由高电平变为低电平，或者使电路输出状态由低电平变为高电平。

目前，现有技术中用于实现电路状态反转处理的实现方式是：硬件上使用微处理器(如单片机等)，再利用软件编程处理来实现电路高低电平状态反转。这种方式需要使用单片机及软件来实现，相对成本较高；即使在不考虑成本情况下如需使用上述方式，也会消耗较多的单片机I/O口(一个I/O口用来判断按键，另外还需2个I/O口用来指示状态)，无法让单片机资源做到最优。

目前针对相关技术中用于实现电路状态反转的方式复杂、成本高且易出错的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中用于实现电路状态反转的方式复杂、成本高且易出错的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种电路状态反转处理器，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电路状态反转处理器，该电路状态反转处理器包括：运算放大器，包括正向输入端、反向输入端以及输出端；参考电压生成装置，与运算放大器的反向输入端连接，用于为运算放大器的反向输入端提供固定的参考电压，参考电压V_ref的范围为：0＜V_ref＜V_CC；电压转换装置，与运算放大器的输出端连接，用于将运算放大器的输出电压进行反向预处理，以生成反转电压；开关装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与电压转换装置连接，用于在触发开关装置之后，将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器的正向输入端；反馈装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接，用于将输出电压直接反馈给运算放大器的正向输入端；输出装置，与运算放大器的输出端直接连接，用于输出该输出电压。

进一步地，输出电压包括高电平电压或低电平电压，其中，电路状态反转处理器还包括：状态显示装置，与运算放大器的输出端连接，用于接收运算放大器的输出电压，并根据输出电压来控制LED灯，以显示电路状态。

进一步地，参考电压生成装置包括至少两个电阻，其中，第一电阻的第一端与第二电阻的第一端连接于第一节点，第一电阻的第二端与电源电压连接，第二电阻的第二端接地，且运算放大器的反向输入端连接在第一节点上，以通过该两个电阻对电源电压进行分压而获得参考电压。

进一步地，反转电压包括：高电平电压或低电平电压，电压转换装置至少包括一个NPN型三极管和电容，其中，NPN型三极管的基极与运算放大器的输出端连接，发射极接地，集电极经由电阻连接于电源电压，电容的第一端经由另一个电阻连接于电源电压与集电极之间的第二节点，第二端接地，且开关装置的第一端分别连接于第二节点和电容的第一端，以使得当运算放大器输出低电平电压时，NPN型三极管不导通以输出高电平电压，当运算放大器输出高电平电压时，NPN型三极管导通以输出低电平电压。

进一步地，开关装置的第二端连接于运算放大器的正向输入端，在开关装置的第一端和第二端联通之后，开关装置将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器。

进一步地，状态显示装置至少包括两个LED灯，其中，当运算放大器的输出电压为高电平电压时，仅第一LED灯点亮，当运算放大器的输出电压为低电平电压时，仅第二LED灯点亮。

进一步地，反馈装置至少包括一个二极管和第三电阻，其中，二极管的正极与运算放大器的输出端连接，二极管的负极端经由电阻连接于运算放大器的正向输入端，且将第三电阻的一端接地，另一端连接于运算放大器的正向输入端。

进一步地，在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为高电压，在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，在电路状态反转处理器的电路上电之后，运算放大器的正向输入端悬空，运算放大器的反向输入端获取参考电压V_ref，以使得运算放大器的输出电压为低电平电压，且反馈装置将低电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为低电平电压。

进一步地，在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为高电压，在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下触发开关装置，开关装置将电压转换装置反转得到的高电压传输至运算放大器的正向输入端，以使得运算放大器的输出电压为高电平电压，且反馈装置将高电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为高电平电压。

进一步地，在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为高电压，在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下触发开关装置，开关装置将电压转换装置反转得到的低电压传输至运算放大器的正向输入端，以使得运算放大器的输出电压为低电平电压，且反馈装置将低电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为低电平电压。

通过本发明，采用运算放大器，包括正向输入端、反向输入端以及输出端；参考电压生成装置，与运算放大器的反向输入端连接，用于为运算放大器的反向输入端提供固定的参考电压，参考电压V_ref的范围为：0＜V_ref＜V_CC；电压转换装置，与运算放大器的输出端连接，用于将运算放大器的输出电压进行反向预处理，以生成反转电压；开关装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与电压转换装置连接，用于在触发开关装置之后，将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器的正向输入端；反馈装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接，用于将输出电压直接反馈给运算放大器的正向输入端；输出装置，与运算放大器的输出端直接连接，用于输出该输出电压，本申请上述实施例通过简单电子元件实现了电路状态反转的模拟电路，解决了相关现有技术中用于实现电路状态反转的方式复杂、成本高且易出错的问题，进而达到了降低设计电路状态反转处理器的成本和复杂度的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电路状态反转处理器的结构示意图；

图2是根据图1所示的实施例的详细电路示意图；

图3是根据图1和2所示实施例的参考电压生成装置的电路示意图；

图4是根据图1和2所示实施例的电压转换装置的电路示意图；

图5是根据图1和2所示实施例的状态显示装置的电路示意图；

图6是根据图1和2所示实施例的反馈装置的电路示意图；以及

图7是根据图1和2所示实施例的输出装置的电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的电路状态反转处理器的结构示意图；图2是根据图1所示的实施例的详细电路示意图。

如图1所示，本申请上述实施例中的电路状态反转处理器包括：运算放大器，包括正向输入端、反向输入端以及输出端；参考电压生成装置，与运算放大器的反向输入端连接，用于为运算放大器的反向输入端提供固定的参考电压，参考电压V_ref的范围为：0＜V_ref＜V_CC；电压转换装置，与运算放大器的输出端连接，用于将运算放大器的输出电压进行反向预处理，以生成反转电压；开关装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与电压转换装置连接，用于在触发开关装置之后，将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器的正向输入端；反馈装置，一端与运算放大器的正向输入端连接，另一端与运算放大器的输出端连接，用于将输出电压直接反馈给运算放大器的正向输入端；输出装置，与运算放大器的输出端直接连接，用于输出该输出电压。

本发明上述实施例以正向反馈电路为基础，通过利用电路运算放大器、电阻、电容、开关装置(可以是按键开关)等电子元器件进行电路变换，使集成电路运算放大器工作在非线性工作区，使电路通过按键开关来实现输出状态由高电平变为低电平，或者由低电平变为高电平。由此可知，本申请上述实施例得到的电路状态反转模拟电路，实现了电路状态(高低电平状态)的反转，且通过简单电路变换后使用LED灯将电路状态直接显示出来。从而达到了降低设计电路状态反转处理器的成本和复杂度的效果。

优选地，本申请上述实施例中的输出电压包括高电平电压或低电平电压，其中，电路状态反转处理器还可以包括：状态显示装置，与运算放大器的输出端连接，用于接收运算放大器的输出电压，并根据输出电压来控制LED灯，以显示电路状态。该实施例实现了不仅可以利用简单的电子元件实现电路状态(高低电平状态)的反转。而且可以通过对本电路的输出的状态进行简单电路改造，可将电路的高低状态用LED灯直接显示出来。另外，输出的状态也可以接到其他设备进行使用(如接入单片机的I/O等)。

下面就对本申请图1和2所示的实施例中的每个部件进行详细描述。

图3是根据图1和2所示实施例的参考电压生成装置的电路示意图；图4是根据图1和2所示实施例的电压转换装置的电路示意图；图5是根据图1和2所示实施例的状态显示装置的电路示意图；图6是根据图1和2所示实施例的反馈装置的电路示意图；以及图7是根据图1和2所示实施例的输出装置的电路示意图。

本申请上述实施例中的参考电压生成装置可以包括至少两个电阻，其中，第一电阻的第一端与第二电阻的第一端连接于第一节点，第一电阻的第二端与电源电压连接，第二电阻的第二端接地，且运算放大器的反向输入端连接在第一节点上，以通过该两个电阻对电源电压进行分压而获得参考电压。

具体的，如图3所示，参考电压生成装置可以通过使用电阻(2个电阻或2个以上电阻，本实施例采用了3个电阻)来实现对电源电压V_CC进行分压，分压后的电压V_ref为运算放大器的反向输入端提供一个固定的参考电压值，从而保证放大器的反向输入端保持在一个固定电压值。电阻连接方式可以如图3所示，也可以将图3中的R103取掉或者增加电阻并联到R101的两端。

本申请上述实施例中的反转电压包括：高电平电压或低电平电压，其中，电压转换装置至少包括一个NPN型三极管、电阻和电容，如图4所示，NPN型三极管的基极与运算放大器的输出端连接，发射极接地，集电极经由电阻连接于电源电压V_CC，电容的第一端经由另一个电阻连接于电源电压VCC与集电极之间的第二节点，第二端接地，且开关装置的第一端分别连接于第二节点和电容的第一端，以使得当运算放大器输出低电平电压时，NPN型三极管不导通以输出高电平电压，当运算放大器输出高电平电压时，NPN型三极管导通以输出低电平电压。

具体的，如图2和4所示，电压转换装置将运算放大器输出端输出的电平信号进行高低压反向预处理(如V_in1为高电平时则V_Out1为低电平，如V_in1为低电平时则V_Out1为高电平)，来实现电压电平的转换而得到反转电压，并将反转电压返回到按键开关部分，即V_in1经过电压转换装置的处理后变为V_Out1(注：V_in1为电压转换装置的输入信号，是由运算放大器的输出端来提供，即V_in1等于运算放大器的输出电压V_Out，V_Out1为电压转换装置的输出信号)。

优选地，如图2所示，本申请上述实施例中的开关装置的第二端连接于运算放大器的正向输入端，在开关装置的第一端和第二端联通之后，开关装置将电压转换装置生成的反转电压反馈给运算放大器。

本申请上述实施例中的状态显示装置至少包括两个LED灯，其中，当运算放大器的输出电压V_Out为高电平电压时，仅第一LED灯点亮，当运算放大器的输出电压V_Out为低电平电压时，仅第二LED灯点亮。

具体的，如图5所示的状态显示装置的详细电路示意图，该状态显示装置用于显示电路状态，当如果运算放大器电压的输出电压信号V_Out为高电平时其中的一个LED灯亮，如果运算放大器V_Out输出高电平时另一个LED灯亮，可明确显示电路输出状态(注：V_in2为状态显示装置的输入信号，且V_in2等于V_Out)；

本申请上述实施例中的反馈装置至少包括一个二极管和第三电阻，其中，二极管的正极与运算放大器的输出端连接，二极管的负极端经由第四电阻连接于运算放大器的正向输入端，且将第三电阻的一端接地，另一端连接于运算放大器的正向输入端。

具体的，如图6所示，本申请上述实施例中的反馈装置将运算放大器输出的电压信号V_Out通过1个或1个以上的二极管和一个电阻直接反馈到运算放大器的正向输入端(注：V_in3为本反馈装置的输入信号，且V_in3等于V_Out，V_Out3为本反馈装置的输出信号)。

优选地，如图7所示，本申请上述实施例中的输出装置用于将运算放大器的输出电压信号V_Out通过二极管隔离并输出到其他应用场合(注：V_in4为本输出装置的输入信号，且V_in4等于V_Out，V_Out4为本输出装置的输出信号)。

基于本申请上述各个实施例可知本发明的应用方式如下：

在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为高电压，在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，在电路状态反转处理器的电路上电之后，运算放大器的正向输入端悬空，运算放大器的反向输入端获取参考电压V_ref，以使得运算放大器的输出电压为低电平电压，且反馈装置将低电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为低电平电压。

在运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下触发开关装置，开关装置将电压转换装置反转得到的高电压传输至运算放大器的正向输入端，以使得运算放大器的输出电压为高电平电压，且反馈装置将高电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为高电平电压。

在运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下触发开关装置，开关装置将电压转换装置反转得到的低电压传输至运算放大器的正向输入端，以使得运算放大器的输出电压为低电平电压，且反馈装置将低电平电压反馈给运算放大器，以保证运算放大器的输出电压保持为低电平电压。

具体的，结合本申请图1-7所示的电路图可知，上述实施例利用模拟电路中的正反馈电路原理和集成电路运算放大器、电阻电容等元件设计。

如附图2和3所示，本申请实施例中的参考电压生成装置可以由R101、R102、R103电阻组成，该电路对电源电压V_CC进行分压，并将分压后的电压V_ref送至运算放大器APM1A的反向输入端，从而使APM1A的反向输入端电压V_in(-)保持在电压V_ref，即V_in(-)＝V_ref，且V_ref<V_CC。

当电路上电后，如图2和6所示，运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)为低电平V_in(+)＝0，低于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)，即V_in(+)<V_in(-)，这时运算放大器APM1A输出电压V_Out为低电平，即V_Out＝0。输出的低电平V_Out无法通过D101，D102，R106反馈到运算放大器APM1A的正向输入端，从而保持运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)为低电平(V_in(+)＝0)，从而低于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)，因此，在上述情况下，运算放大器APM1A输出电压V_Out将持续低电平(V_Out＝0)。

当V_Out为低电平(V_Out＝0)时，Q101，Q103，Q104均不导通，Q102导通，此时D104的LED1点亮，LED2不亮。

如图2所示，在三极管Q101不导通时，开关K101的2端为高电平，此时若按下开关K101，运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)突变为高(V_in(+)＝V_CC)，高于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)(V_in(+)＝V_CC>V_in(-))，这时运算放大器APM1A输出电压V_Out为高电平，即V_Out＝V_CC，输出的V_Out高电平通过D101，D102，R106反馈到运算放大器APM1A的正向输入端，同时，通过选取R105合适阻值，来保持运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)高于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)，即(V_in(+)>V_in(-))，因此，在上述情况下，运算放大器APM1A输出电压V_Out将持续高电平(V_out＝V_CC)。

当V_Out为高电平(V_Out＝V_CC)时，Q101，Q103，Q104均导通，Q102不导通，此时D104的LED2点亮，LED1不亮。

如图2所示，在三极管Q101导通时，开关K101的2端为低电平，此时若按下开关K101，运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)突变为低(V_in(+)＝0)，低于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)，即V_in(+)<V_in(-)，这时运算放大器APM1A输出电压V_Out为低电平，即V_Out＝0，输出的V_Out低电平无法通过D101，D102，R106反馈到运算放大器APM1A的正向输入端，运算放大器APM1A的正向输入端电压V_in(+)保持低于运算放大器APM1A的反向输入端电压V_in(-)，即V_in(+)<V_in(-)，因此，在上述情况下，运算放大器APM1A输出电压V_Out将持续低电平(V_Out＝0)。

上述实施例过程，通过按键来触发电路实现高低电平电压的循环转换，电压转换电路的输出电压V_Out将在V_CC与0电压两者之间进行切换(即电路在高或低电平状态中切换)，每按键一次完成电路状态(高低电平状态)的一次切换。而且输出的转换电压V_Out通过二极管隔离后可以应用到其他电路中。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：本发明利用电路运算放大器、电阻、电容、按键开关等电子元器件，来实现电路状态(高低电平状态)的反转。该输出的状态可接到其他地方使用(如接入单片机的I/O等)。此外，通过对本电路的输出的状态进行简单电路改造，可将电路的高低状态用LED灯直接显示出来。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电路状态反转处理器，其特征在于，包括：

运算放大器，包括正向输入端、反向输入端以及输出端；

参考电压生成装置，与所述运算放大器的反向输入端连接，用于为所述运算放大器的反向输入端提供固定的参考电压，所述参考电压V_ref的范围为：0＜V_ref＜V_CC；

电压转换装置，与所述运算放大器的输出端连接，用于将所述运算放大器的输出电压进行反向预处理，以生成反转电压；

开关装置，一端与所述运算放大器的正向输入端连接，另一端与所述电压转换装置连接，用于在触发所述开关装置之后，将所述电压转换装置生成的反转电压反馈给所述运算放大器的正向输入端；

反馈装置，一端与所述运算放大器的正向输入端连接，另一端与所述运算放大器的输出端连接，用于将所述输出电压直接反馈给所述运算放大器的正向输入端；

输出装置，与所述运算放大器的输出端直接连接，用于输出所述输出电压。

2.根据权利要求1所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述输出电压包括高电平电压或低电平电压，其中，所述电路状态反转处理器还包括：

状态显示装置，与所述运算放大器的输出端连接，用于接收所述运算放大器的输出电压，并根据所述输出电压来控制LED灯，以显示电路状态。

3.根据权利要求1或2所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述参考电压生成装置包括至少两个电阻，其中，

第一电阻的第一端与第二电阻的第一端连接于第一节点，所述第一电阻的第二端与电源电压连接，所述第二电阻的第二端接地，且所述运算放大器的反向输入端连接在所述第一节点上，以通过该两个电阻对所述电源电压进行分压而获得所述参考电压。

4.根据权利要求1或2所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述反转电压包括：高电平电压或低电平电压，所述电压转换装置至少包括一个NPN型三极管和电容，其中，

所述NPN型三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，发射极接地，集电极经由电阻连接于电源电压，所述电容的第一端经由另一个电阻连接于所述电源电压与所述集电极之间的第二节点，第二端接地，且所述开关装置的第一端分别连接于所述第二节点和所述电容的第一端，以使得当所述运算放大器输出低电平电压时，所述NPN型三极管不导通以输出高电平电压，当所述运算放大器输出高电平电压时，所述NPN型三极管导通以输出低电平电压。

5.根据权利要求4所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述开关装置的第二端连接于所述运算放大器的正向输入端，在所述开关装置的第一端和第二端联通之后，所述开关装置将所述电压转换装置生成的所述反转电压反馈给所述运算放大器。

6.根据权利要求2所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述状态显示装置至少包括两个LED灯，其中，当所述运算放大器的输出电压为高电平电压时，仅第一LED灯点亮，当所述运算放大器的输出电压为低电平电压时，仅第二LED灯点亮。

7.根据权利要求1或2所述的电路状态反转处理器，其特征在于，所述反馈装置至少包括一个二极管和第三电阻，其中，所述二极管的正极与所述运算放大器的输出端连接，所述二极管的负极端经由电阻连接于所述运算放大器的正向输入端，且将所述第三电阻的一端接地，另一端连接于所述运算放大器的正向输入端。

8.根据权利要求1所述的电路状态反转处理器，其特征在于，在所述运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为高电压，在所述运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，

在所述电路状态反转处理器的电路上电之后，所述运算放大器的正向输入端悬空，所述运算放大器的反向输入端获取所述参考电压V_ref，以使得所述运算放大器的输出电压为低电平电压，且所述反馈装置将所述低电平电压反馈给所述运算放大器，以保证所述运算放大器的输出电压保持为低电平电压。

9.根据权利要求1所述的电路状态反转处理器，其特征在于，在所述运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为高电压，在所述运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，

在所述运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下触发所述开关装置，所述开关装置将所述电压转换装置反转得到的高电压传输至所述运算放大器的正向输入端，以使得所述运算放大器的输出电压为高电平电压，且所述反馈装置将所述高电平电压反馈给所述运算放大器，以保证所述运算放大器的输出电压保持为高电平电压。

10.根据权利要求1所述的电路状态反转处理器，其特征在于，在所述运算放大器的输出电压为低电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为高电压，在所述运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下，所述电压转换装置生成的反转电压为低电压；其中，

在所述运算放大器的输出电压为高电平电压的情况下触发所述开关装置，所述开关装置将所述电压转换装置反转得到的低电压传输至所述运算放大器的正向输入端，以使得所述运算放大器的输出电压为低电平电压，且所述反馈装置将所述低电平电压反馈给所述运算放大器，以保证所述运算放大器的输出电压保持为低电平电压。