CN104410405A - 一种可编程通用数字量i/o信号调理的实现方法 - Google Patents

Abstract

一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，对于通用数字信号中的输出信号调理，采用第一MCU处理单元和隔离电子开关电路，可实现外部输出信号的双向流向通道；对于多种不同电压数字信号的接入，采用第一MCU处理单元控制隔离电子开关电路来实现不同电压的输出调理；对于多形式负载单点输出数字信号采用达林顿电路提高输出增益，增加输出驱动能力；采用第一MCU处理单元控制不同通道隔离电子开关电路的通断实现对双点差分输出信号进行调理。对于通用数字信号中的输入信号调理，采用第二MCU控制单元控制切换开关电路来实现单点数字信号输入或者双点数字输入信号的选择，第二MCU控制单元自动采集外部输入信号的电压自动选择不同的驱动通道，来控制不同电流方向的输入信号调理。本发明可在线编程，完全智能设置，控制简单快捷，适用环境广泛，便于推广。

Description

一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法

技术领域

本发明属于计算机应用领域，具体涉及一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法。

背景技术

数字I/O信号的通用化调理，是多年来一直困扰仿真测试设计的一个问题。而目前的解决方法都具有一定的弊端，或是不能在同一设计中同时完成对于多电压、多流向、多形式负载的信号驱动和多电压、多流向、多形式信源信号的接收，或是需要重新焊接连线、临时设计新的电路板，或是需要将机器断电后打开机箱，重新调整跳线。这是耗费时间、人力、物力且因人为因素增大出错概率的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，该方法采用多电压、多流向、多形式负载的驱动和多电压、多流向、多形式信源信号的接收电路，所有信号的类型通过低成本MCU进行选择，完全智能设置，使用户根据实际需求可在线配置数字信号量，而不必再重新焊接连线或者打开机箱设置跳线，更不必设计新的电路板，具有简单、快捷、经济的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，在调理板上设置第一MCU处理单元和若干隔离电子开关电路，通过第一MCU处理单元控制若干路隔离电子开关电路对从控制***来的输出信号与调理电路的输出信号进行隔离，隔离电子开关电路由隔离光耦及其***电路构成，隔离光耦的正输入端连接到来自第一MCU处理单元输出的本通道的控制信号，隔离光耦的正输入端同时还连接有上挂在输入信号VCC电源上的电阻，隔离光耦的负输入端连接到地线；每一路隔离光耦的一个输出端连接有一个限流电阻,限流电阻的另一端连接到不同的电压源，每一路隔离光耦的另一个输出端直接连接至目标***的信号输入端；

在调理板上设置第二MCU处理单元、若干切换开关电路、若干信号切换电路和若干光耦，通过第二MCU处理单元控制切换开关电路、信号切换电路和光耦对从目标***来的输入信号与调理电路的输出信号进行隔离，从而实现可编程通用数字量I/O信号的调理。

若需要增大输出驱动电流，使每一路该隔离光耦的另一个输出端连接到一个三极管的基极，三极管与光耦的输出端构成达灵顿电路，增大输出驱动电流，三极管的集电极连接至不同的电压源，发射极连接至目标***的信号输入端，若需要吸收外部电流流入的结构，使该三极管的集电极连接至目标***的信号输入端，发射极连接至地线。

当第i路输出信号为单点信号时，对于要求外部供给电流的负载，根据所需要的电压幅度，由第一MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，这时向目标供出电流；当第一MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和对应的电源断开，不能对外供出电流，实现了两种不同状态的输出；

对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近地电压的信号，等于和地线接通，这时吸收电流流入地线；当第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和地线断开，不能吸收外部电流，实现了两种不同状态的输出；

当需要输出差分信号时，第i通道数字输出量为双点信号的正信号，对于要求外部供给电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接所需电压的隔离电子开关；对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接地线的隔离电子开关。

在信号输出通道中，每组输出通道由六组连接不同隔离电压的隔离开关电路组成，具体为：在第DO(i)路输出通道中，电阻R1、光耦U1和三极管V1构成了第一组隔离开关电路，隔离电压为5V，其中，光耦U1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接5V电源，光耦U1的发射极连接三极管V1的基极，三极管V1的集电极连接5V电源，三极管V1的发射极连接输出信号；

电阻R2、光耦U2和三极管V2构成第二组隔离开关电路，隔离电压为+12V；其中，光耦U2的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接12V电源，光耦U2的发射极连接三极管V2的基极，三极管V2的集电极连接12V电源，三极管V2的发射极连接输出信号；

电阻R3、光耦U3和三极管V3构成第三组隔离开关电路，隔离电压为+15V；其中，光耦U3的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接15V电源，光耦U3的发射极连接三极管V3的基极，三极管V3的集电极连接15V电源，三极管V3的发射极连接输出信号；

电阻R4、光耦U4和三极管V4构成第四组隔离开关电路，隔离电压为+28V；其中，光耦U4的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接28V电源，光耦U4的发射极连接三极管V4的基极，三极管V4的集电极连接28V电源，三极管V4的发射极连接输出信号；

电阻R5、光耦U5构成第五组隔离开关电路，隔离电压为+5V，该路隔离开关电路为低电流输出信号连接方式；其中，光耦U5的集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接5V电源，光耦U5的发射极连接输出信号；

电阻R6、光耦U6和三极管V5构成第六组隔离开关电路，该路隔离开关为负电压输出信号连接方式；其中，光耦U6的集电极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接12V电源，三极管V5的发射极连接隔离地线，三极管V5的集电极连接输出信号；

对于多种不同电压数字信号的输出，由第一MCU处理单元控制每路输出通道中第一组到第六组中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则光耦输入端LED二极管导通，输出端也随之导通，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，最终输出DO(i)便是所需电压的数字信号，此状态为隔离电子开关打开的状态；同时，第一MCU处理单元控制每路输出通道中其它五组隔离电子开关电路发出低电平信号，则光耦输入端LED二极管不导通，整个隔离电子开关处于关断状态。

在第DO(i)路输入通道中，切换开关电路包括电阻R24、R25、R26、R27、R16、R17、R18、R19和三极管V13、V14、V15、V16；其中，电阻R24、R25、R26和R27的一端连接光耦U16发光二极管的阴极，电阻R24、R25、R26和R27的另一端分别连接三极管V13、V14、V15、和V16的集电极，三极管V13、V14、V15、和V16的发射极共同连接到光耦U17输出端的阳极和光耦U18输出端的阳极，三极管V13、V14、V15和V16的基极分别连接到电阻R16、R17、R18和R19的一端，电阻R16、R17、R18和R19的另一端分别连接到MCU的信号端SW(i)_1、SW(i)_2、SW(i)_3、和SW(i)_4；

信号切换电路包括电阻R28、R29、三极管V17、V18和光耦U17、U18构成信号切换电路；其中，MCU处理单元发出的控制信号IO(i)分别连接到三极管V17和三极管V18的基极，三极管V17的集电极分别连接到电阻R28的一端和光耦U17发光二级管的阳极，三极管V17的发射极和光耦U17发光二级管的阴极共同连接到地信号，电阻R28的另一端连接***电源正信号端，光耦U17输出端阴极接***电源负信号端；三极管V18的集电极连接到光耦U18发光二级管的阴极，光耦U18发光二级管的阳极连接到电阻R29的一端，电阻R29的另一端连接***电源正信号端，光耦U18输出端阳极与光耦U17输出端阳极相连接，光耦U18输出端阴极连接到外部输入信号DI(i+1)。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：对于通用数字信号中的输出信号调理，采用第一MCU处理单元和若干隔离电子开关电路，可实现外部输出信号的双向流向通道；对于多种不同电压数字信号的接入，采用第一MCU处理单元控制隔离电子开关电路来实现不同电压的输出调理；采用第一MCU控制不同通道隔离电子开关电路的通断实现对双点差分输出信号进行调理。对于通用数字信号中的输入信号调理，采用第二MCU处理单元控制切换开关电路来实现单点数字信号输入或者双点数字输入信号的选择，第二MCU处理单元自动采集外部输入信号的电压自动选择不同的驱动通道，来控制不同电流方向的输入信号调理。本发明可在线编程，完全智能设置，控制简单快捷，适用环境广泛，便于推广。本发明实现通用数字信号通用调理的方法，采用简单的元器件，实现了数字量输入信号的隔离和多电压、多形式、多信源种类的调理，而且成本低，体积小，能够智能化调理，并且可在线配置，适应面广。

进一步的，若需要增大输出驱动电流，使每一路该隔离光耦的另一个输出端连接到一个三极管的基极，三极管与光耦的输出端构成达灵顿电路，对于多形式负载单点输出数字信号采用达林顿电路提高输出增益，增加输出驱动能力。

附图说明

图1为本发明的数字输出信号调理电路结构示意图。

图2为本发明的数字输入信号调理电路结构示意图。

图3为数字输出信号电路的一个具体电路原理图。

图4为数字输入信号电路的一个具体电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的内容做进一步的详细说明，但本发明的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。

参见图1和图2，本发明对于通用数字信号中的输出信号采用第一MCU处理单元和隔离电子开关进行调理，隔离电子开关调理电路的输出正端连接不同的电压源，输出负端连接到调理后的输出信号，第一MCU处理单元控制隔离电子开关可以把输出信号调理成外部匹配的电压信号输出。

在调理板上设置第一MCU处理单元和若干隔离电子开关电路，通过第一MCU处理单元控制若干路隔离电子开关电路对从控制***来的输出信号与调理电路的输出信号进行隔离，隔离电子开关电路由隔离光耦及其***电路构成，隔离光耦的正输入端连接到来自第一MCU处理单元输出的本通道的控制信号，隔离光耦的正输入端同时还连接有上挂在输入信号VCC电源上的电阻，隔离光耦的负输入端连接到地线；每一路隔离光耦的一个输出端连接有一个限流电阻,限流电阻的另一端连接到不同的电压源，每一路隔离光耦的另一个输出端直接连接至目标***的信号输入端；若需要增大输出驱动电流，使每一路该隔离光耦的另一个输出端连接到一个三极管的基极，三极管与光耦的输出端构成达灵顿电路，增大输出驱动电流，三极管的集电极连接至不同的电压源，发射极连接至目标***的信号输入端，若需要吸收外部电流流入的结构，使该三极管的集电极连接至目标***的信号输入端，发射极连接至地线。

在调理板上设置第二MCU处理单元、若干切换开关电路、若干信号切换电路和若干光耦，通过第二MCU处理单元控制切换开关电路、信号切换电路和光耦对从目标***来的输入信号与调理电路的输出信号进行隔离。

对于通用数字信号中的输出信号采用第一MCU处理单元和隔离电子开关进行调理，隔离电子开关调理电路的输出正端连接不同的电压源，输出负端连接到调理后的输出信号，第一MCU处理单元控制隔离电子开关可以把输出信号调理成外部匹配的电压信号输出，调理方法和工作原理如下：

当第i路输出信号为单点信号时，对于要求外部供给电流的负载，根据所需要的电压幅度，由第二MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，这时可以向目标供出电流；当第二MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和对应的电源断开，不能对外供出电流，从而实现了两种不同状态的输出。

对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近地电压的信号，等于和地线接通，这时可以吸收电流流入地线；当第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和地线断开，不能吸收外部电流，从而实现了两种不同状态的输出。

当需要输出差分信号时，第i通道数字输出量为双点信号的正信号，对于要求外部供给电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接所需电压的隔离电子开关；对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接地线的隔离电子开关。

对于通用数字信号中的输入信号采用第二MCU处理单元、切换开关电路、信号切换电路和光耦进行调理，第二MCU处理单元通过信号切换电路选择通路适配单点信号或者差分信号，第二MCU处理单元采集外部输入信号判断外部输入信号的电压，控制切换开关选择适配电压的电流通路，切换开关和信号切换组合连接在光耦输入的负端，调理方法和工作原理如下：

第一MCU处理单元控制隔离电子开关电路对从控制***来的输出信号与调理电路的输出信号进行隔离，隔离电子开关电路由隔离光耦及其***电路构成，该隔离光耦的正输入端连接到来自第一MCU处理单元输出的本通道的控制信号，该隔离光耦的正输入端同时还连接有上挂在输入信号VCC电源上的电阻，该隔离光耦的负输入端连接到地线；每一路该隔离光耦的一个输出端连接有一个限流电阻,限流电阻的另一端连接到不同的电压源，每一路该隔离光耦的另一个输出端直接连接至目标***的信号输入端，若需要增大输出驱动电流，可使每一路该隔离光耦的另一个输出端连接到一个三极管的基极，该三极管与该光耦的输出端构成达林顿电路，增大输出驱动电流，该三极管的集电极连接至不同的电压源，发射极连接至目标***的信号输入端，若需要吸收外部电流流入的结构，可以使该三极管的集电极连接至目标***的信号输入端，发射极连接至地线。

在调理板上设置第二MCU处理单元，通过第二MCU处理单元控制切换开关电路、信号切换电路和光耦对从目标***来的输入信号与调理电路的输出信号进行隔离，从目标***来的输入信号连接到隔离光耦U16的输入正端，同时还连接到第二MCU处理单元的A/D采集端口，第二MCU处理单元控制切换开关电路的每一路信号分别通过一个电阻分别连接至一个三极管的基极，每一个三极管的集电极分别通过一个电阻连接至隔离光耦U16的输入负端，每一个三极管的发射极都连接至另外两个隔离光耦U17、U18的一个输出端；第二MCU处理单元控制信号切换电路的信号同时连接到两个三极管V17、V18的基极，三极管V17的集电极通过一个上拉电阻连接至电源VCC，三极管V18的集电极同时还连接至隔离光耦U18的输入正端，三极管V17的发射极连接至隔离地线，三极管V17的发射极同时还连接至隔离光耦U17的输入负端，隔离光耦U17的另一个输出端连接至***地线；三极管V18的发射极连接至隔离地线，三极管V18的集电极连接至隔离光耦U18的输入负端，隔离光耦U18的输入正端通过一个上拉电阻连接至电源VCC，隔离光耦U18的另一个输出端连接至从目标***来的另一路输入信号；隔离光耦U17的输入正端连接至调理电路的输出信号，隔离光耦U17的输入负端连接至隔离地线，从而实现可编程通用数字量I/O信号的调理。

下面通过实施例进行详细说明

实施例1

如图3所示，本实施例中的设计电路由第一MCU处理单元和隔离电子开关调理电路构成，其中，隔离电子开关调理电路由N路调理输出信号通道组成，其中每路通道由六组连接不同隔离电压的隔离开关电路组成。

如图3所示，在信号输出通道中，每组输出通道由六组连接不同隔离电压的隔离开关电路组成，具体为：在第DO(i)路输出通道中，电阻R1、光耦U1和三极管V1构成了第一组隔离开关电路，隔离电压为5V，其中，光耦U1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接5V电源，光耦U1的发射极连接三极管V1的基极，三极管V1的集电极连接5V电源，三极管V1的发射极连接输出信号；

电阻R2、光耦U2和三极管V2构成第二组隔离开关电路，隔离电压为+12V；其中，光耦U2的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接12V电源，光耦U2的发射极连接三极管V2的基极，三极管V2的集电极连接12V电源，三极管V2的发射极连接输出信号；

电阻R3、光耦U3和三极管V3构成第三组隔离开关电路，隔离电压为+15V；其中，光耦U3的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接15V电源，光耦U3的发射极连接三极管V3的基极，三极管V3的集电极连接15V电源，三极管V3的发射极连接输出信号；

电阻R4、光耦U4和三极管V4构成第四组隔离开关电路，隔离电压为+28V；其中，光耦U4的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接28V电源，光耦U4的发射极连接三极管V4的基极，三极管V4的集电极连接28V电源，三极管V4的发射极连接输出信号；

电阻R5、光耦U5构成第五组隔离开关电路，隔离电压为+5V，该路隔离开关电路为低电流输出信号连接方式；其中，光耦U5的集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接5V电源，光耦U5的发射极连接输出信号；

电阻R6、光耦U6和三极管V5构成第六组隔离开关电路，该路隔离开关为负电压输出信号连接方式；其中，光耦U6的集电极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接隔离地线，三极管V5的发射极连接隔离地线，三极管V5的集电极连接输出信号；

对于多种不同电压数字信号的输出，由第一MCU处理单元控制每路输出通道中第一组到第六组中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则光耦输入端LED二极管导通，输出端也随之导通，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，最终输出DO(i)便是所需电压的数字信号，此状态为隔离电子开关打开的状态；同时，第一MCU处理单元控制每路输出通道中其它五组隔离电子开关电路发出低电平信号，则光耦输入端LED二极管不导通，整个隔离电子开关处于关断状态。

第一组到第四组隔离电子开关采用达林顿电路提高输出增益，增加了输出驱动能力，若仅需要相应电压的数字信号，不需要较大的驱动电流，则可以采用第五组隔离电子开关的电路形式。

对于要求外部供给电流的信源，可以采用第六组隔离电子开关的电路形式。第一MCU处理单元对该组隔离电子开关发出高电平信号，光耦U6输入端LED二极管导通，输出端也随之导通，则三极管V5也导通，外部电流流入，完成信号调理，此时该隔离电子开关为打开状态；当第一MCU处理单元对光耦U6发出低电平信号时，其输入端LED二极管不导通，光耦U6输出端断开，外部电流不能流入，此时该隔离电子开关为关断状态。这样，采用第一MCU处理单元和隔离电子开关电路，即可实现外部输出信号的双向流向通道。

对于双点差分输出信号，采用第一MCU控制不同通道隔离电子开关电路的通断进行调理。上述第一组到第六组开关的控制由第一MCU处理单元的P0口完成，而P2口所控制的六组隔离电子开关与P0口控制的六组开关电路结构完全相同。通过第一MCU控制单元对P0口与P2口对应的隔离电子开关进行控制，其中第DO(i)路调理输出信号为高电平，而第DO(i+1)路调理输出信号为低电平，这样,第DO(i)路输出信号与第DO(i+1)路输出信号即为双点差分输出信号。

实施例2

如图4所示，实施例中的设计电路由第二MCU处理单元、切换开关电路、信号切换电路和隔离光耦组成。

如图4所示，在第DO(i)路输入通道中，切换开关电路包括电阻R24、R25、R26、R27、R16、R17、R18、R19和三极管V13、V14、V15、V16；其中，电阻R24、R25、R26和R27的一端连接光耦U16发光二极管的阴极，电阻R24、R25、R26和R27的另一端分别连接三极管V16、V15、V14、和V13的集电极，三极管V13、V14、V15和V16的发射极共同连接到光耦U17输出端的阳极和光耦U18输出端的阳极，三极管V13、V14、V15和V16的基极分别连接到电阻R16、R17、R18和R19的一端，电阻R16、R17、R18和R19的另一端分别连接到MCU的信号端SW(i)_1、SW(i)_2、SW(i)_3、和SW(i)_4；

信号切换电路包括电阻R28、R29、三极管V17、V18和光耦U17、U18；其中，第二MCU处理单元发出的控制信号IO(i)分别连接到三极管V17和三极管V18的基极，三极管V17的集电极分别连接到电阻R28的一端和光耦U17发光二级管的阳极，三极管V17的发射极和光耦U17发光二级管的阴极共同连接到地信号，电阻R28的另一端连接***电源正信号端，光耦U17输出端阴极接***电源负信号端；三极管V18的集电极连接到光耦U18发光二级管的阴极，光耦U18发光二级管的阳极连接到电阻R29的一端，电阻R29的另一端连接***电源正信号端，光耦U18输出端阳极与光耦U17输出端阳极相连接，光耦U18输出端阴极连接到外部输入信号DI(i+1)。

在第DO(i+1)路输入通道中，电阻R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39和三极管V19、V20、V21、V22构成切换开关电路；其中，电阻R32、R33、R34、R35的一端连接光耦U19发光二极管的阴极，电阻R32、R33、R34、R35的另一端分别连接三极管V22、V21、V20、V19的集电极，三极管V22、V21、V20和V19的发射极共同连接到光耦U20输出端的阳极和光耦U21输出端的阳极，三极管V22、V21、V20和V19的基极分别连接到电阻R32、R33、R34和R35的一端，电阻R32、R33、R34和R35的另一端分别连接到MCU的信号端SW(i+1)_1、SW(i+1)_2、SW(i+1)_3、和SW(i+1)_4；

信号切换电路包括电阻R30、电阻R31、三极管V23、三极管V24和光耦U20、光耦U21；其中，第二MCU处理单元发出的控制信号IO(i+1)分别连接到三极管V23和三极管V24的基极，三极管V23的集电极分别连接到电阻R30的一端和光耦U20发光二极管的阳极，三极管V23的发射极和光耦U20发光二极管的阴极共同连接到地信号，电阻R30的另一端连接***电源正信号端，光耦20输出端阴极接***电源负信号端；三极管V24的集电极连接到光耦U21发光二极管的阴极，光耦U21发光二极管的阳极连接到电阻R31的一端，电阻R31的另一端连接***电源正信号端，光耦U21输出端阳极与光耦U20输出端阳极相连接，光耦U21输出端阴极连接到外部输入信号DI(i+1)。

首先第二MCU处理单元发出控制信号IO(i)操作信号切换电路选择通路适配外部输入信号DI(i)是单点信号或者差分信号。

然后第二MCU处理单元采集外部输入信号DI(i)，并判断其电压；然后发出控制信号SW(i)_1～SW(i)_4操作切换开关电路，匹配外部输入信号电流，选通切换开关通路。

其中，当IO(i)为低电平时，三极管V17、V18截止，隔离光耦U18的输入端LED二极管不导通，隔离光耦U17的输入端LED二极管导通，此时，在切换开关电路中的通路导通的情况下，隔离光耦U17的输出端导通，则光耦U16的输入端LED二极管导通，光耦U16输出端导通，此时调理后内部输入信号FDI(i)为低电平；当DI(i)为低电平时，光耦U16输出端不导通，此时调理后内部输入信号FDI(i)为高电平；完成外部单点输入信号的调理。

当IO(i)为高电平时，三极管V17、V18导通，光耦U17的输入端LED二极管不导通，光耦U18的输入端LED二极管导通，此时，光耦U18的输出端负端连接到外部输入信号DI(i+1)，在整个第DI(i)路调理通道上构成了外部输入信号DI(i)和外部输入信号DI(i+1)的差分输入调理电路。在切换开关电路中的通路导通的情况下，当DI(i)-DI(i+1)为高时，光耦U18的输出端导通，则光耦U16的输入端LED二极管导通，此时调理后内部输入信号FDI(i)为低电平；当DI(i)-DI(i+1)为低时，光耦U18的输出端不导通，则光耦U16的输入端LED二极管不导通，此时调理后内部输入信号FDI(i)为高电平；完成外部输入差分信号的调理。

本发明提供的一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，对于通用数字信号中的输出信号调理，采用第一MCU处理单元和隔离电子开关电路，可实现外部输出信号的双向流向通道；对于多种不同电压数字信号的接入，采用第一MCU处理单元控制隔离电子开关电路来实现不同电压的输出调理；对于多形式负载单点输出数字信号采用达林顿电路提高输出增益，增加输出驱动能力；采用第一MCU控制单元控制不同通道隔离电子开关电路的通断实现对双点差分输出信号进行调理。对于通用数字信号中的输入信号调理，采用第二MCU处理单元控制切换开关电路来实现单点数字信号输入或者双点数字输入信号的选择，第二MCU处理单元自动采集外部输入信号的电压自动选择不同的驱动通道，来控制不同电流方向的输入信号调理。本发明可在线编程，完全智能设置，控制简单快捷，适用环境广泛，便于推广。

Claims (5)

1.一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，其特征在于，在调理板上设置第一MCU处理单元和若干隔离电子开关电路，通过第一MCU处理单元控制若干路隔离电子开关电路对从控制***来的输出信号与调理电路的输出信号进行隔离，隔离电子开关电路由隔离光耦及其***电路构成，隔离光耦的正输入端连接到来自第一MCU处理单元输出的本通道的控制信号，隔离光耦的正输入端同时还连接有上挂在输入信号VCC电源上的电阻，隔离光耦的负输入端连接到地线；每一路隔离光耦的一个输出端连接有一个限流电阻,限流电阻的另一端连接到不同的电压源，每一路隔离光耦的另一个输出端直接连接至目标***的信号输入端；

在调理板上设置第二MCU处理单元、若干切换开关电路、若干信号切换电路和若干光耦，通过第二MCU处理单元控制切换开关电路、信号切换电路和光耦对从目标***来的输入信号与调理电路的输出信号进行隔离，从而实现可编程通用数字量I/O信号的调理。

2.根据权利要求1所述的一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，其特征在于，若需要增大输出驱动电流，使每一路该隔离光耦的另一个输出端连接到一个三极管的基极，三极管与光耦的输出端构成达灵顿电路，增大输出驱动电流，三极管的集电极连接至不同的电压源，发射极连接至目标***的信号输入端，若需要吸收外部电流流入的结构，使该三极管的集电极连接至目标***的信号输入端，发射极连接至地线。

3.根据权利要求1所述的一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，其特征在于，

当第i路输出信号为单点信号时，对于要求外部供给电流的负载，根据所需要的电压幅度，由第一MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，这时向目标供出电流；当第一MCU处理单元向控制每路输出通道中相应电压的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和对应的电源断开，不能对外供出电流，实现了两种不同状态的输出；

对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出高电平信号，则有电流经过隔离光耦的LED，即隔离光耦处于导通状态，其输出点便是接近地电压的信号，等于和地线接通，这时吸收电流流入地线；当第一MCU处理单元向控制每路输出通道中连接至地线的隔离电子开关电路发出低电平信号时，由于隔离光耦的LED两端电平相当，所以不会有电流流经隔离光耦的LED，即隔离光耦处于截止状态，其输出点便处于悬空状态，等于和地线断开，不能吸收外部电流，实现了两种不同状态的输出；

当需要输出差分信号时，第i通道数字输出量为双点信号的正信号，对于要求外部供给电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接所需电压的隔离电子开关；对于要求外部吸入电流的负载，由第一MCU处理单元控制连接地线的隔离电子开关。

4.根据权利要求1所述的一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，其特征在于，

在信号输出通道中，每组输出通道由六组连接不同隔离电压的隔离开关电路组成，具体为：在第DO(i)路输出通道中，电阻R1、光耦U1和三极管V1构成了第一组隔离开关电路，隔离电压为5V，其中，光耦U1的集电极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接5V电源，光耦U1的发射极连接三极管V1的基极，三极管V1的集电极连接5V电源，三极管V1的发射极连接输出信号；

电阻R2、光耦U2和三极管V2构成第二组隔离开关电路，隔离电压为+12V；其中，光耦U2的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接12V电源，光耦U2的发射极连接三极管V2的基极，三极管V2的集电极连接12V电源，三极管V2的发射极连接输出信号；

电阻R3、光耦U3和三极管V3构成第三组隔离开关电路，隔离电压为+15V；其中，光耦U3的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接15V电源，光耦U3的发射极连接三极管V3的基极，三极管V3的集电极连接15V电源，三极管V3的发射极连接输出信号；

电阻R4、光耦U4和三极管V4构成第四组隔离开关电路，隔离电压为+28V；其中，光耦U4的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接28V电源，光耦U4的发射极连接三极管V4的基极，三极管V4的集电极连接28V电源，三极管V4的发射极连接输出信号；

电阻R5、光耦U5构成第五组隔离开关电路，隔离电压为+5V，该路隔离开关电路为低电流输出信号连接方式；其中，光耦U5的集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接5V电源，光耦U5的发射极连接输出信号；

电阻R6、光耦U6和三极管V5构成第六组隔离开关电路，该路隔离开关为负电压输出信号连接方式；其中，光耦U6的集电极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接12V电源，三极管V5的发射极连接隔离地线，三极管V5的集电极连接输出信号；

对于多种不同电压数字信号的输出，由第一MCU处理单元控制每路输出通道中第一组到第六组中相应电压的隔离电子开关电路发出高电平信号，则光耦输入端LED二极管导通，输出端也随之导通，其输出点便是接近所需要的电源电压信号，等于和对应的电源接通，最终输出DO(i)便是所需电压的数字信号，此状态为隔离电子开关打开的状态；同时，第一MCU处理单元控制每路输出通道中其它五组隔离电子开关电路发出低电平信号，则光耦输入端LED二极管不导通，整个隔离电子开关处于关断状态。

5.根据权利要求1或4所述的一种可编程通用数字量I/O信号调理的实现方法，其特征在于，

在第DO(i)路输入通道中，切换开关电路包括电阻R24、R25、R26、R27、R16、R17、R18、R19和三极管V13、V14、V15、V16；其中，电阻R24、R25、R26和R27的一端连接光耦U16发光二极管的阴极，电阻R24、R25、R26和R27的另一端分别连接三极管V13、V14、V15、和V16的集电极，三极管V13、V14、V15、和V16的发射极共同连接到光耦U17输出端的阳极和光耦U18输出端的阳极，三极管V13、V14、V15和V16的基极分别连接到电阻R16、R17、R18和R19的一端，电阻R16、R17、R18和R19的另一端分别连接到MCU的信号端SW(i)_1、SW(i)_2、SW(i)_3、和SW(i)_4；

信号切换电路包括电阻R28、R29、三极管V17、V18和光耦U17、U18构成信号切换电路；其中，MCU处理单元发出的控制信号IO(i)分别连接到三极管V17和三极管V18的基极，三极管V17的集电极分别连接到电阻R28的一端和光耦U17发光二级管的阳极，三极管V17的发射极和光耦U17发光二级管的阴极共同连接到地信号，电阻R28的另一端连接***电源正信号端，光耦U17输出端阴极接***电源负信号端；三极管V18的集电极连接到光耦U18发光二级管的阴极，光耦U18发光二级管的阳极连接到电阻R29的一端，电阻R29的另一端连接***电源正信号端，光耦U18输出端阳极与光耦U17输出端阳极相连接，光耦U18输出端阴极连接到外部输入信号DI(i+1)。