CN110069026B - 自适应io监控器 - Google Patents

Abstract

一种自适应IO监控器，包括两个受控的电流源、两个不受控的电流源、一个限流开关控制器和外部端口；所述两个受控的电流源分别为受控的开关式限流驱动器Ⅰ和受控的开关式限流驱动器Ⅱ；两个不受控的电流源分别为不受控电流源Ⅰ和不受控电流源Ⅱ；所述外部端口包括负载驱动供电端口、负载驱动功率输出端口、自适应IO监控器的工作电源输入端口、负载状态检测信号输入端、双向端口Ⅱ和公共端口；所述双向端口Ⅱ作为负载状态检测信号输出和负载驱动与否的功率输出控制信号输入共用的双向端口；该自适应IO监控器的双向端口ⅡDi/o具有双向性能且不需要方向线控制，可以及时地通过负载驱动线向控制***反映其所驱动的负载存在与否。

Description

自适应IO监控器

技术领域

本发明涉及一种自适应IO监控器，特别是自动控制领域的信号电平状态检测与负载驱动控制技术，是一种不需要方向控制线的自适应输入输出控制技术，适合于人工智能控制***领域和现有***的智能化改造工程。

背景技术

在实际应用中，针对控制器I/O资源紧缺的应用环境，当微控制器的输入或输出接口资源不够使用时，必须通过***电路对其扩展；当需要对所扩展的I/O端口进行双向操作时，通过***电路对其扩展还得配置方向控制线，加大了原本就紧缺的微控制器自身I/O资源的消耗。

对于定型了的已量产的I/O控制板、I/O控制卡、I/O控制模块等设备，不管是输入还是输出设备，尽管预留有再多的富裕量，只要有一个反向量的需求不够用，就不得不另外加配一个具有反向量的设备。如：在刚好使用完了输出端口的输入输出设备中需要增加一个输出端口驱动时，尽管还剩余有足够多输入端口，还是必需增加一个输出设备才行；在刚好使用完了输入端口的输入输出设备中需要增加一个输入采样端口时，也必需增加一个输入设备才行。

在工程调试过程中，如果发现之前预留的输入或输出量中某个方向（输入或输出方向）的量不足，尽管另一个方向量（输出或输入方向）还具有足够的富裕量，还是得增加所需方向量的设备才能解决问题，导致之前定下的方案不得不被修改。

对传统的控制***，控制输出线是无法反映阻性负载的存在与否的，对于安全指示来说是一种严重的缺陷（安全指示灯被烧坏后也不能反映给控制***），更不能为人工智能时代提供有益的贡献。

发明内容

本发明提供一种自适应IO监控器，主要由两个受控的电流源、两个不受控的电流源、一个限流开关控制器C构成，对于控制器来说，双向端口ⅡDi/o具有双向性能且不需要方向线控制，自动地识别控制***通过此双向端口访问负载的指令是“检查负载的存在与否”还是“要求负载执行某种操作”，可以及时地通过负载驱动线向控制***反映其所驱动的负载存在与否，同时还节省软、硬件开销。以解决现有技术的不足之处。

本发明采取的技术方案是：一种自适应IO监控器，该自适应IO监控器包括两个受控的电流源、两个不受控的电流源、一个限流开关控制器和外部端口；

所述两个受控的电流源分别为受控的开关式限流驱动器Ⅰ和受控的开关式限流驱动器Ⅱ；

两个不受控的电流源分别为不受控电流源Ⅰ和不受控电流源Ⅱ；

所述外部端口包括负载驱动供电端口、负载驱动功率输出端口、自适应IO监控器的工作电源输入端口、负载状态检测信号输入端、双向端口Ⅱ和公共端口；所述双向端口Ⅱ作为负载状态检测信号输出和负载驱动与否的功率输出控制信号输入共用的双向端口；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ是用于限定最大电流输出的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器Ⅰ的电源输入端与负载驱动供电端口连接，其输出端与负载驱动功率输出端口连接，其输入端与限流开关控制器的输出端连接；

所述不受控电流源Ⅰ是用于限定从工作电源输入端口通过不受控电流源Ⅰ而流向公共端口的最大电流量的限流驱动器，并给限流开关控制器提供偏置电流，拉高双向端口Ⅱ的电平，调整双向端口Ⅱ的最大低电平的电压值；该不受控电流源Ⅰ的输入端与工作电源输入端口连接，其输出端与限流开关控制器的输入端共接于双向端口Ⅱ；

所述不受控电流源Ⅱ工作于恒流源方式，该不受控电流源Ⅱ的输入端与负载状态检测信号输入端连接，其输出端与开关式限流驱动器Ⅱ的输入端连接，其接地端与公共端口连接；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ是用于限定从双向端口Ⅱ吸入电流最大值的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器Ⅱ的输出端与双向端口Ⅱ连接，其输入端与不受控电流源Ⅱ的输出端连接，其接地端与公共端口连接。

其进一步技术方案是：所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ和限流开关控制器由第一电子放大器与第一限流器的电路构成；所述第一限流器设置为允许流向负载驱动功率输出端口的电流的最大值的限流器；所述第一电子放大器通过其输出端口来控制第一限流器的开、关状态；

所述第一电子放大器的内部偏置作为不受控电流源Ⅰ；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ和不受控电流源Ⅱ由第二电子放大器与第二限流器的电路构成；所述第二限流器设置为允许吸收来自双向端口Ⅱ的电流的最大值的限流器；所述第二电子放大器通过其输入端口来检测负载状态检测信号输入端的电平状态；所述第一电子放大器的电源端与第二电子放大器的电源端共接工作电源输入端口，所述第一电子放大器的同向输入端口与第二限流器的输入端口共接于双向端口Ⅱ，所述第一电子放大器的输出端口与第一限流器的输入端口连接；所述第一限流器的电源端与负载驱动供电端口连接，其输出端与负载驱动功率输出端口连接；所述第二限流器的输出端口与第二电子放大器的输出端口连接；所述第二电子放大器的反向输入端口与负载状态检测信号输入端连接。

其更进一步技术方案是：所述负载驱动供电端口与工作电源输入端口连接，形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口与负载状态检测信号输入端连接在一起合并成双向端口Ⅰ。

其又更进一步技术方案是：所述电子放大器由运算放大器、双极型半导体三极管或单极型场效应三极管中的1种或2种以上构成；所述电子放大器或是由运算放大器构成；或是由双极型半导体三极管构成；或是由单极型场效应三极管构成；或是由双极型半导体三极管和单极型场效应三极管构成的三极管混合放大器；或是由多个双极型半导体三极管构成的纯双极型半导体放大器；或是由多个单极型场效应三极管构成的纯单极型场效应放大器；所述双极型三极管有PNP型和NPN型，所述单极型场效应三极管有N沟道和P沟道。

其又更进一步技术方案是：当所述电子放大器的放大倍数为1或是只作为限流使用时，所述电子放大器采用纯电阻。

其进一步技术方案是：所述负载驱动供电端口与工作电源输入端口连接在一起合并成电源输入端口，形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口与负载状态检测信号输入端连接在一起合并成双向端口Ⅰ；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ由限定最大电流输出的开关器件Ⅰ与调节开关器件Ⅰ最大驱动电流输出值的元器件Ⅱ构成；所述元器件Ⅱ并作为限流开关控制器；

所述不受控电流源Ⅱ由恒流输入器件、调节恒流输入器件恒流值的元器件Ⅰ和调节恒流输入器件进入恒流工作状态时与其连接公共点电平值的元器件Ⅴ构成；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ由限定最大吸入电流的开关器件Ⅱ与调节开关器件Ⅱ最大吸入电流值的元器件Ⅲ构成；所述不受控电流源Ⅰ由给双向端口Ⅱ提供上拉电平和限制从双向端口Ⅱ输出电流最大值的元器件Ⅳ构成。

其进一步技术方案是：所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的PNP型晶体三极管；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管Ⅰ；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管Ⅱ；所述元器件Ⅰ是第一电阻，所述元器件Ⅱ是第二电阻，所述元器件Ⅲ是第三电阻，所述元器件Ⅳ是第四电阻，所述元器件Ⅴ是第五电阻；

所述PNP型晶体三极管的基极通过第二电阻连接到双向端口Ⅱ上，其发射极连接到电源输入端口上，其集电极作为负载驱动功率输出端口连接到双向端口Ⅰ；

所述NPN型晶体三极管Ⅰ的基极通过第一电阻R1连接到电源输入端口上，其集电极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ上，其发射极通过第五电阻连接到公共端口上；

所述NPN晶体三极管Ⅱ的发射极直接连接到公共端口上，其基极通过第三电阻连接到NPN型晶体三极管Ⅰ的发射极上，其集电极直接连接到双向端口Ⅱ上；

所述第四电阻的两端分别与双向端口Ⅱ和电源输入端口连接。

其进一步技术方案是：所述开关器件Ⅰ是二极管；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管Ⅰ；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管Ⅱ；所述元器件Ⅰ是第一电阻，所述元器件Ⅱ是第二电阻，所述元器件Ⅲ是第三电阻，所述元器件Ⅳ是第四电阻，所述元器件Ⅴ是第五电阻；

所述二极管的正极通过第二电阻连接到双向端口Ⅱ上，其负极连接到双向端口Ⅰ上；

所述NPN型晶体三极管Ⅰ的基极通过第一电阻连接到电源输入端口上，其集电极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ上，其发射极通过第五电阻连接到公共端口上；

所述NPN晶体三极管Ⅱ的发射极直接连接到公共端口上，其基极通过第三电阻连接到NPN型晶体三极管Ⅰ的发射极上，其集电极直接连接到双向端口Ⅱ上；

所述第四电阻的两端分别与双向端口Ⅱ和电源输入端口连接。

其进一步技术方案是：所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的P沟道的单极型场效应三极管；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ；所述元器件Ⅰ是第一电阻，所述元器件Ⅱ是第二电阻，所述元器件Ⅲ是第三电阻，所述元器件Ⅳ是第四电阻，所述元器件Ⅴ是第五电阻；

所述P沟道的单极型场效应三极管的栅极通过第二电阻连接到双向端口Ⅱ上，其源极连接到电源输入端口上，其漏极作为负载驱动功率输出端口连接到双向端口Ⅰ；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ的栅极通过第一电阻连接到电源输入端口上，其漏极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ上，其源极通过第五电阻连接到公共端口上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ的源极直接连接到公共端口上，其栅极通过第三电阻连接到N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ的源极上，其漏极直接连接到双向端口Ⅱ上；

所述第四电阻的两端分别与双向端口Ⅱ和电源输入端口连接。

其进一步技术方案是：所述开关器件Ⅰ是二极管；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ；所述元器件Ⅰ是第一电阻，所述元器件Ⅱ是第二电阻，所述元器件Ⅲ是第三电阻，所述元器件Ⅳ是第四电阻，所述元器件Ⅴ是第五电阻；

所述二极管的正极通过第二电阻连接到双向端口Ⅱ上，其负极连接到双向端口Ⅰ上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ的栅极通过第一电阻连接到电源输入端口上，其漏极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ上，其源极通过第五电阻连接到公共端口上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ的源极直接连接到公共端口上，其栅极通过第三电阻连接到N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ的源极上，其漏极直接连接到双向端口Ⅱ上；

所述第四电阻的两端分别与双向端口Ⅱ和电源输入端口连接。

由于采取上述技术方案，本发明之自适应IO监控器具有如下有益效果：

1、在硬件电路设计时，不用考虑需要消耗哪些控制器端口来作为外接输入、输出的双向端口的方向控制线。

2、在进行软件设计时，对控制器以外的外接双向端口电路的操作与对控制器本身的端口的操作一样，不用考虑要对哪条方向控制线进行操作，达到完全与外接设备无关，所想即所得，方便软件移植。

3、提高软件设计效率，降低程序员对硬件知识的要求程度和减少了解时间，可以只考虑与控制器有关的问题。

4、在教学、实验、调试时，不用考虑输入、输出线的多寡，也不用担心物理空间的次序问题，因为任何一条从Di/o端口到Di/Do端口（对应于实施例中的Doi端口）都是自适应的双向端口。

5、在工程实践中，只要预留的I/O端口线的总数足够，就不用担心是输出线少了还是输入线少了的问题，便于工程实施和维修、维护及改造，降低相应阶段的成本。

6、在应用者一方，不用考虑到底是多库存点输入的板、卡、设备还是多库存点输出的板、卡、设备，只需要库存自适应IO监控器这一种就够了，从而降低库存、采购的成本，提高经济效益。

7、在生产者一方，不用既要考虑建立输入的板、卡、设备生产线，又要考虑建立输出的板、卡、设备生产线，同时还要考虑输入或输出的板、卡、设备这三类产品的原材料采购、库存及生产成品库存等问题。

8、在销售者一方，只需购进和宣传一类产品，不管应对的是输入还是输出的用户需求都迎刃而解了，从而可降低售前、售后成本，提高经营性经济效益。

9、在应用维护实践中，由于驱动负载的电压与控制器端的电压无关，且可以根据需要进行外接，使得负载的替换性特别强，从而缩短故障排除时间，减少因故障引发的停产损失。

10、由于高电压值的信号通过端口Di输入后是从端口Di/o输出，于是变成了电压值小于Vcc的低电压值的信号，因此本电路又具有斩波功能，可以把输入信号中幅值大于Vcc的部分削减掉，使其最大幅值被限制在小于Vcc值范围之内。

下面结合附图和实施例对本发明之自适应IO监控器的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1是自适应IO监控器基本结构示意图；

图2是实例1的自适应IO监控器基本结构示意图；

图3是实例1的自适应IO监控器外接微处理器的示意图；

图4是实例2的自适应IO监控器基本结构示意图；

图5是实例3-1的自适应IO监控器基本结构示意图；

图6是实例3-2的自适应IO监控器基本结构示意图；

图7是实例3-3的自适应IO监控器基本结构示意图；

图8是实例3-4的自适应IO监控器基本结构示意图；

图9是现有技术光电耦合器的应用原理图。

图中：

1-自适应IO监控器，2-微控制器。

具体实施方式

一种自适应IO监控器，如图1所示，该自适应IO监控器1包括两个受控的电流源、两个不受控的电流源、一个限流开关控制器C和外部端口。

所述两个受控的电流源分别为受控的开关式限流驱动器ⅠO2和受控的开关式限流驱动器ⅡIO3；

两个不受控的电流源分别为不受控电流源ⅠⅠ4和不受控电流源ⅡIi；

所述外部端口包括负载驱动供电端口Vdd、负载驱动功率输出端口Do、自适应IO监控器的工作电源输入端口Vcc、负载状态检测信号输入端Di、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；所述双向端口ⅡDi/o作为负载状态检测信号输出和负载驱动与否的功率输出控制信号输入共用的双向端口。

所述受控的开关式限流驱动器ⅠO2是用于限定最大电流输出的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器ⅠO2的电源输入端与负载驱动供电端口Vdd连接，其输出端与负载驱动功率输出端口Do连接，其输入端与限流开关控制器C的输出端连接；当开通时，负载驱动供电端口Vdd与负载驱动功率输出端口Do之间的阻抗变小，允许电流可以在设定值的范围内通过，该电流的最大值是被限制的。

所述不受控电流源ⅠⅠ4是用于限定从工作电源输入端口Vcc通过不受控电流源ⅠI4而流向公共端口Gnd的最大电流量的限流驱动器，并给限流开关控制器C提供偏置电流，拉高双向端口ⅡDi/o的电平，调整双向端口ⅡDi/o的最大低电平的电压值；该不受控电流源ⅠⅠ4的输入端与工作电源输入端口Vcc连接，其输出端与限流开关控制器C的输入端共接于双向端口ⅡDi/o。

所述不受控电流源ⅡIi工作于恒流源方式，其输入端与负载状态检测信号输入端Di连接，其输出端与开关式限流驱动器ⅡIO3的输入端连接，其接地端与公共端口Gnd连接；当有足够大的电流从电压状态检测端口（即负载状态检测信号输入端Di）输入时便输出一个控制信号给受控的开关式限流驱动器ⅡIO3并使其打开。这个足够大的电流的大小由不受控电流源ⅡIi内部的恒流源电路决定。

所述受控的开关式限流驱动器ⅡIO3是用于限定从双向端口ⅡDi/o吸入电流最大值的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器ⅡIO3的输出端与双向端口ⅡDi/o连接，其输入端与不受控电流源ⅡIi的输出端连接，其接地端与公共端口Gnd连接。被打开时允许不大于设定值的电流通过。

所述限流开关控制器C用于开、关受控的开关式限流驱动器ⅠO2。当有需要打开受控的开关式限流驱动器ⅠO2的开关信号加到双向端口ⅡDi/o时，限流开关控制器C就会把受控的开关式限流驱动器ⅠO2打开，使受控的开关式限流驱动器ⅠO2处于开通状态，允许来自电源Vdd的电流通过以便使电气负载获得驱动电流。

所述工作电源输入端口Vcc是连接应用本发明所述自适应IO监控器的外接微控制器2（简称MCU）工作电源Vcc的接入端口（见图3），连接到此端口的电源也是本发明所述自适应IO监控器的工作电源。

所述负载驱动供电端口Vdd和负载驱动功率输出端口Do是负载驱动端口。是串接于外接电气负载和驱动电源之间的受控的开关式限流驱动器ⅠO2的两个端口，对应于闭合回路中一个开关的两个接线端子口。

所述负载状态检测信号输入端Di是连接被采样点的采样检测信号的输入端口。

所述公共端口Gnd是本电路及连接外电路公共端的接线端口。

本发明的自适应IO监控器的内部电路可以由不同的电子元器件构成，所采用的电子元器件可以集成在一块芯片上。根据不同的电子元器件构成，有以下不同的实施例。

实施例1：

如图2所示，本实施例的自适应IO监控器包括有上述的两个受控的电流源（即受控的开关式限流驱动器ⅠO2和受控的开关式限流驱动器ⅡIO3），两个不受控的电流源（即不受控电流源ⅠⅠ4和不受控电流源ⅡIi）、一个限流开关控制器C和外部端口（即负载驱动供电端口Vdd、负载驱动功率输出端口Do、自适应IO监控器的工作电源输入端口Vcc、负载状态检测信号输入端Di、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；所述双向端口ⅡDi/o作为负载状态检测信号输出和负载驱动与否的功率输出控制信号输入共用的双向端口）。所述受控的开关式限流驱动器ⅠO2和限流开关控制器C由第一电子放大器Ao1与第一限流器I2的电路构成；所述第一限流器I2是设置为允许流向负载驱动功率输出端口Do的电流的最大值的限流器；所述第一电子放大器Ao1通过其输出端口Do1来控制第一限流器I2的开、关状态。

所述第一电子放大器Ao1的内部偏置作为不受控电流源ⅠⅠ4。

所述受控的开关式限流驱动器ⅡIO3和不受控电流源ⅡIi由第二电子放大器Ai1与第二限流器I1的电路构成；所述第二限流器I1是设置为允许吸收来自双向端口ⅡDi/o的电流的最大值的限流器；所述第二电子放大器Ai1通过其输入端口Di1来检测负载状态检测信号输入端Di的电平状态；所述第一电子放大器Ao1的电源端与第二电子放大器Ai1的电源端共接工作电源输入端口Vcc，所述第一电子放大器Ao1的同相输入端口与第二限流器I1的输入端口共接双向端口ⅡDi/o，所述第一电子放大器Ao1的输出端口Do1与第一限流器I2的输入端口连接；所述第一限流器I2的电源端与负载驱动供电端口Vdd连接，其输出端与负载驱动功率输出端口Do连接；所述第二限流器I1的输出端口与第二电子放大器Ai1的输出端口连接；所述第二电子放大器Ai1的反向输入端口与负载状态检测信号输入端Di连接。

参见图3，所述工作电源输入端口Vcc外接微处理器2的工作电源输入端口Vcc；所述双向端口ⅡDi/o外接微处理器2的输入／输出双向端口Di/o；所述公共端口Gnd外接微处理器2的接地端口。

实施例2：

如图4所示，本实施例的自适应IO监控器内部电路与实施例一基本相同，所不同的是：外部端口有合并情况，具体的：所述负载驱动供电端口Vdd与工作电源输入端口Vcc连接，形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口Do与负载状态检测信号输入端Di连接在一起合并成双向端口ⅠDio。

所述受控的开关式限流驱动器ⅡIO3和不受控电流源ⅡIi由第二电子放大器Ai1与第二限流器I1的电路构成；所述第二限流器I1是设置为允许吸收来自双向端口ⅡDi/o的电流的最大值的限流器；所述第二电子放大器Ai1通过其输入端口Di1来检测双向端口ⅠDio的电平状态；所述第一电子放大器Ao1的电源端与第二电子放大器Ai1的电源端共接工作电源输入端口Vcc，所述第一电子放大器Ao1的同相输入端口与第二限流器I1的输入端口共接双向端口ⅡDi/o，所述第一电子放大器Ao1的输出端口Do1与第一限流器I2的输入端口连接；所述第一限流器I2的电源端与负载驱动供电端口Vdd连接，其输出端与负载驱动功率输出端口Do连接；所述第二限流器I1的输出端口与第二电子放大器Ai1的输出端口连接；所述第二电子放大器Ai1的反向输入端口Di1与双向端口ⅠDio连接。

实施例1和实施例2中的电子放大器由运算放大器、双极型半导体三极管或单极型场效应三极管中的1种或任意2 种或2种以上构成。即所述电子放大器或是由运算放大器构成；或是由双极型半导体三极管构成；或是由单极型场效应三极管构成；或是由双极型半导体三极管和单极型场效应三极管构成的三极管混合放大器；或是由多个双极型半导体三极管构成的纯双极型半导体放大器；或是由多个单极型场效应三极管构成的纯单极型场效应放大器。具体的实施方法有很多种组合，双极型三极管有PNP型和NPN型，单极型场效应三极管有N沟道和P沟道，在具体应用中，部分元器件还可以用二极管代替，用三极管构成的放大器还可以用运算放大器代替，另外：电阻也可以由运算放大器或单极型场效应三极管等构成。当所述电子放大器的放大倍数为1时，或是只作为限流使用时，电子放大器也可以采用纯电阻。

实施例3：

本实施例的自适应IO监控器包括有两个受控的电流源（即受控的开关式限流驱动器ⅠO2和受控的开关式限流驱动器ⅡIO3），两个不受控的电流源（即不受控电流源ⅠⅠ4和不受控电流源ⅡIi）、一个限流开关控制器C和上述的外部端口。所述负载驱动供电端口Vdd与工作电源输入端口Vcc连接在一起合并成电源输入端口Vc，形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口Do与负载状态检测信号输入端Di连接在一起合并成负载状态检测信号输入和负载驱动功率输出共用的双向端口ⅠDio；所述双向端口ⅠDio也即是负载端口。

所述受控的开关式限流驱动器ⅠO2由限定最大电流输出的开关器件Ⅰ与调节限定最大电流输出的开关器件Ⅰ最大驱动电流输出值的元器件Ⅱ构成；所述调节限定最大电流输出的开关器件Ⅰ最大驱动电流输出值的元器件Ⅱ并作为限流开关控制器C；

所述不受控电流源ⅡIi由恒流输入器件、调节恒流输入器件恒流值的元器件Ⅰ和调节恒流输入器件进入恒流工作状态时与其连接公共点E电平值的元器件Ⅴ构成；

所述受控的开关式限流驱动器ⅡIO3由限定最大吸入电流的开关器件Ⅱ与调节限定最大吸入电流的开关器件Ⅱ最大吸入电流值的元器件Ⅲ构成；所述不受控电流源ⅠⅠ4由给双向端口ⅡDi/o提供上拉电平和限制从双向端口ⅡDi/o输出电流最大值的元器件Ⅳ构成。

所述开关器件Ⅰ或是单极型场效应三极管或是双极型半导体三极管或是二极管；所述恒流输入器件和开关器件Ⅱ或是单极型场效应三极管或是双极型半导体三极管。具体的实施方法有很多种组合，以下列举几个不同的实施例。

实施例3-1：

如图5所示，本实施例的自适应IO监控器包括有如实施例3所述的电源输入端口Vc、双向端口ⅠDio、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；以及开关器件Ⅰ、恒流输入器件、开关器件Ⅱ、元器件Ⅰ、元器件Ⅱ、元器件Ⅲ、元器件Ⅳ和元器件Ⅴ。所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的PNP型晶体三极管Q2；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管ⅠQ1；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管ⅡQ3；所述元器件Ⅰ是第一电阻 R1，所述元器件Ⅱ是第二电阻 R2，所述元器件Ⅲ是第三电阻 R3，所述元器件Ⅳ是第四电阻 R4；所述元器件Ⅴ是第五电阻Re；

所述PNP型晶体三极管Q2的基极通过第二电阻R2连接到双向端口ⅡDi/o上，用于接收功率驱动的输入信号和限制开关器件Ⅰ的最大输出电流值；所述PNP型晶体三极管Q2的发射极连接到电源输入端口Vc上，其集电极作为负载驱动功率输出端口Do连接到双向端口ⅠDio上；当双向端口ⅡDi/o输入低电平时，开关器件Ⅰ就允许流过不大于最大值的电流，双向端口ⅠDio便具有驱动负载的能力，只要把负载连接于双向端口ⅠDio和公共端口Gnd之间，这个负载就会得到驱动电力。

所述NPN型晶体三极管Ⅰ的基极通过第一电阻R1连接到电源输入端口Vc上，其集电极作为负载状态检测信号输入端Di连接到双向端口ⅠDio上，其发射极通过第五电阻Re连接到公共端口Gnd上，并通过第三电阻R3连接到NPN晶体三极管ⅡQ3的基极；当双向端口ⅠDio端口处于高电平状态时，在NPN型晶体三极管ⅠQ1的发射极与第四电阻Re及第三电阻R3的公共连接点E处就会产生相应的低于电源输入端口Vc电压的高电平，并使NPN晶体三极管ⅡQ3导通，最后反映到双向端口ⅡDi/o上便是一个低电平状态。

所述NPN晶体三极管ⅡQ3的发射极直接连接到公共端口Gnd上，其基极通过第三电阻R3连接到NPN型晶体三极管ⅠQ1的发射极上，其集电极直接连接到双向端口ⅡDi/o上；所述第四电阻R4的两端分别与双向端口ⅡDi/o和电源输入端口Vc连接。由于NPN晶体三极管ⅡQ3工作于限流工作状态的特殊性，因此不会无意地短路加载到双向端口ⅡDi/o端口上的驱动信号。（当流进双向端口ⅡDi/o的驱动电流大于NPN晶体三极管ⅡQ3能够允许流过的最大电流时，双向端口ⅡDi/o的电压便会升高，最终导致处于开通状态的PNP型晶体三极管Q2会被饱和，此后通过第四电阻R4的作用使PNP型晶体三极管Q2维持饱和状态）。

实施例3-2：

如图6所示，本实施例的自适应IO监控器包括有如实施例3所述的电源输入端口Vc、双向端口ⅠDio、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；以及开关器件Ⅰ、恒流输入器件、开关器件Ⅱ、元器件Ⅰ、元器件Ⅱ、元器件Ⅲ、元器件Ⅳ和元器件Ⅴ。所述开关器件Ⅰ是二极管DG；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管ⅠQ1；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管ⅡQ3；所述元器件Ⅰ是第一电阻R1，所述元器件Ⅱ是第二电阻R2，所述元器件Ⅲ是第三电阻R3，所述元器件Ⅳ是第四电阻R4，所述元器件Ⅴ是第五电阻Re；

所述二极管DG的正极通过第二电阻R2连接到双向端口ⅡDi/o上，其负极连接到双向端口ⅠDio上，该二极管DG和第二电阻R2串联而构成限制输出电流的限流电路（即受控的开关式限流驱动器ⅠO2）。

所述NPN型晶体三极管ⅠQ1的基极通过第一电阻R1连接到电源输入端口Vc上，其集电极作为负载状态检测信号输入端Di连接到双向端口ⅠDio上，其发射极通过第五电阻Re连接到公共端口Gnd上；

所述NPN晶体三极管ⅡQ3的发射极直接连接到公共端口Gnd上，其基极通过第三电阻R3连接到NPN型晶体三极管ⅠQ1的发射极上，其集电极直接连接到双向端口ⅡDi/o上；所述第四电阻R4的两端分别与双向端口ⅡDi/o和电源输入端口Vc连接。

实施例3-3：

如图7所示，本实施例的自适应IO监控器包括有如实施例3所述的电源输入端口Vc、双向端口ⅠDio、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；以及开关器件Ⅰ、恒流输入器件、开关器件Ⅱ、元器件Ⅰ、元器件Ⅱ、元器件Ⅲ、元器件Ⅳ和元器件Ⅴ。所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的P沟道的单极型场效应三极管Q21；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管ⅡQ31；所述元器件Ⅰ是第一电阻R1，所述元器件Ⅱ是第二电阻R2，所述元器件Ⅲ是第三电阻R3，所述元器件Ⅳ是第四电阻R4，所述元器件Ⅴ是第五电阻Re；

所述P沟道的单极型场效应三极管Q21的栅极G2通过第二电阻R2连接到双向端口ⅡDi/o上，其源极S2连接到电源输入端口Vc上，其漏极D2作为负载驱动功率输出端口连接到双向端口ⅠDio；

所述N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11的栅极G1通过第一电阻R1连接到电源输入端口Vc上，其漏极D1作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口ⅠDio上，其源极S1通过第五电阻Re连接到公共端口Gnd上；

所述N沟道的单极型场效应三极管ⅡQ31的源极S3直接连接到公共端口Gnd上，其栅极G3通过第三电阻R3连接到N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11的源极上，其漏极D3直接连接到双向端口ⅡDi/o上；所述第四电阻R4的两端分别与双向端口ⅡDi/o和电源输入端口Vc连接。

实施例3-4：

如图8所示，本实施例的自适应IO监控器包括有如实施例3所述的电源输入端口Vc、双向端口ⅠDio、双向端口ⅡDi/o和公共端口Gnd；以及开关器件Ⅰ、恒流输入器件、开关器件Ⅱ、元器件Ⅰ、元器件Ⅱ、元器件Ⅲ、元器件Ⅳ和元器件Ⅴ。所述开关器件Ⅰ是二极管DG；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管ⅡQ31；所述元器件Ⅰ是第一电阻R1，所述元器件Ⅱ是第二电阻R2，所述元器件Ⅲ是第三电阻R3，所述元器件Ⅳ是第四电阻R4，所述元器件Ⅴ是第五电阻Re；

所述二极管DG的正极通过第二电阻R2连接到双向端口ⅡDi/o上，其负极连接到双向端口ⅠDio上，该二极管DG和第二电阻R2串联而构成限制输出电流的限流电路（即受控的开关式限流驱动器ⅠO2）。

所述N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11的栅极G1通过第一电阻R1连接到电源输入端口Vc上，其漏极D1作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口ⅠDio上，其源极S1通过第五电阻Re连接到公共端口Gnd上；

所述N沟道的单极型场效应三极管ⅡQ31的源极S3直接连接到公共端口Gnd上，其栅极G3通过第三电阻R3连接到N沟道的单极型场效应三极管ⅠQ11的源极上，其漏极D3直接连接到双向端口ⅡDi/o上；所述第四电阻R4的两端分别与双向端口ⅡDi/o和电源输入端口Vc连接。

本发明之自适应IO监控器的工作原理：

1、状态电平检测过程

被检测的状态信号接到负载状态检测信号输入端Di与公共端口Gnd之间。相对于公共端口Gnd的电平来说，当接到负载状态检测信号输入端Di的状态信号处于高电平时，工作于恒流源方式的不受控电流源ⅡIi便有一个不大于被设定的恒流值的电流流入，这个电流经内部处理后便产生一个驱动受控的开关式限流驱动器ⅡIO3打开的信号，此时受控的开关式限流驱动器ⅡIO3便接通公共端口Gnd或称为处于低阻状态，双向端口ⅡDi/o的电平便被拉低，即负载状态检测信号输入端Di为高电平时，双向端口ⅡDi/o便变为低电平；当接到负载状态检测信号输入端Di端口的状态信号处于低电平时，工作于恒流源方式的不受控电流源ⅡIi没有电流流入，因此产生不了驱动受控的开关式限流驱动器ⅡIO3打开的信号，此时受控的开关式限流驱动器ⅡIO3处于关断状态，即与公共端口Gnd处于断路或称为处于高阻抗状态，双向端口ⅡDi/o的电平处于可被外接电路被拉高的状态，即负载状态检测信号输入端Di为低电平时，双向端口ⅡDi/o便允许外电路把其上拉到高电平状态。

2、负载设备驱动过程

被驱动的负载设备接到负载驱动功率输出端口Do和负载驱动供电的公共端口Gnd端口之间。当双向端口ⅡDi/o被外电路拉低并使其处于低电平状态时，限流开关控制器C便输出一个用于打开受控的开关式限流驱动器ⅠO2的控制信号，使负载驱动功率输出端口Do与负载驱动供电端口Vdd接通（或称两者之间处于低阻状态）并使其能产生流过驱动电气负载设备的电流。需要高电平驱动时，负载驱动供电端口Vdd连接设备驱动电源，而需要驱动的负载设备便连接到负载驱动功率输出端口Do和公共端口Gnd之间，准备就绪后只要给双向端口ⅡDi/o一个低电平负载设备驱动信号，负载驱动功率输出端口Do与负载驱动供电端口Vdd两者之间便处于低阻状态，使负载驱动功率输出端口Do获得一个具有驱动负载能力的高电平输出而使负载设备得到驱动电源。

3、负载驱动功率输出端口Do能够与负载状态检测信号输入端Di接到一个电气接点上的关键原因:

就像双向端口ⅡDi/o既可以用于输出又可以接收输入是因为使用了受控的开关式限流驱动器ⅡIO3的原理一样，不受控电流源ⅡIi是一个工作于恒流源方式的电流源，受控的开关式限流驱动器ⅠO2是受控的开关式限流驱动器，它们允许通过的最大电流是受设计和生产时所限制的，因此负载驱动功率输出端口Do能够与负载状态检测信号输入端Di同时接到一个电气接点上。为了防止逻辑状态混乱，在应用时是分时使用的。即应用于驱动负载设备时就不同时应用于采集负载状态检测信号输入端Di的状态电平，而应用于采集负载状态检测信号输入端Di的状态电平时就不同时应用于驱动负载设备。但是作为具有双向功能的接口设备，它是不需要方向控制线的，具有自适应的功能，不需要程序员的任何干预。

本发明之自适应IO监控器的优点：

1、不需要使用方向控制线来告诉使用本申请所述自适应IO监控器构成的设备在某一时刻该工作于输入状态还是输出状态。

2、输入电压范围宽：可以实现输入高电平的电压范围从几伏特到几百伏特，具体要视不受控电流源ⅡIi能够承受的最大电压值和最大的耗散功率而定。

3、输入吸收电流小，对被检测点的影响甚微，具体要视不受控电流源ⅡIi允许通过的最大电流值而定。

4、输出驱动电流大，可以达到1000mA及以上，具体视受控的开关式限流驱动器ⅠO2的驱动能力而定。

5、输出驱动电压高，可以高于双向端口ⅡDi/o的电压而达到几百伏特，具体要视负载驱动供电端口Vdd取值的大小而定。

6、对于控制器来说，双向端口ⅡDi/o具有双向性能且不需要方向线控制，可以及时地向控制***反映其所驱动的负载存在与否，同时还节省软、硬件开销。

本发明之自适应IO监控器的应用与现有技术相比，明显进步：

1、与用光电耦合器作隔离输入的电路和用电阻分压器作输入降压电路相比，本发明的自适应IO监控器具有可适应被检测信号的电压范围宽的特点，最大值与最小值的比值可以大于10。

用光电耦合器作隔离输入的电路时，根据电功率=电流×电压（计算公式为：P=IV），当电压值增大10倍时，功耗P只增大到10倍。被光电耦合器检测的信号电压最大值与最小值的比值做到5时，其限流电阻所承受的功率损耗（电流流过电阻时要产生的热功率）就会增大到25倍（图9是光电耦合器的应用原理图，Q是光电三极管，D是发光二极管LED，R是限制流进D的电流值，V是信号电压。本领域的技术人员是会知道的，光耦器件的推荐输入电流是10mA，最小4mA，最大20mA，最大值要最小值的5倍。如果忽略其输入发光二极管D的压降2.5V左右，则限流电阻R的功耗为P=IV=（V/R）×V=V2/R，即限流电阻R需要承受的功耗P与加到其两端的电压的二次方成正比。），如果光电耦合器应用***设计时预留的功耗安全系数不允许够大，那么此限流电阻就会因过热而被烧坏。

用电阻分压器作降压输入电路时，信号电压最大值与最小值的比值也不宜大于5。设计用于检测最高状态电压为10V的电阻分压式输入电路，当最高输出电压为5V时，如果用于检测最高电压为50V的状态信号，那么其最高分压输出值就会增大到25V，远远大于检测此信号的设备端口的允许输入的最大电压，导致端口、甚至设备被损坏。分压电路要承受的功率损耗被增大25倍（分压器从10V的信号源分压得到5V，其分比是2:1，因为电阻分压器的输出与输入是成线性关系的，当被检测的电压最高达到50V时，其分压输出为25V，分压电阻的发热功率P=IV=V2/R，因为需要分压器承受的电压是设计时10V的5倍，因此功耗会增大25倍），最终也会导致分压电阻因预留的安全系数不允许够大而被过热烧坏。

2、由于本输入电路吸收信号的电流是恒定的，且可以做到0.1mA甚至以下，当被检测的状态信号的最高电压值为300V时，输入电路的功率损耗也可以不大于30mW。只要被检测信号的电压的最小值接近Vcc，Di/o端口就会有能够反映被检测信号电平变化的结果（状态信号的高、低）。

3、本发明所述自适应IO监控器的输出端口类似输入端口那样具有限流作用，对输出电流的最大值具有限制作用，因此可以把阻抗为0的负载直接接到输出端口上，即具有允许负载短路的功能，而目前的驱动电路是不允许负载短路的；

4、用在智能汽车线柬上可以节省大量线材。如：车门开、关状态的检测与车门灯光的驱动，这两者可以使用同一条电线，当检测到某一车门打开时，在夜间可以给这打开的车门送去点亮车门灯的驱动电源，使其能够被点亮，当检测到某一车门已被关好时，可以把这一车门的灯光驱动电源关掉，避免由此引发的意外现象；当某一车灯的灯丝被烧断或线缆断路时，可以及时提示或报警；线缆上的其它电气设备也可用类似方法去感知。

5、应用在智能控制***中，可以使控制器及时得知其需要驱动的非智能类电气负载是否在线，即负载是否已断路。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，如实施例中的R2还可以用同相器来替代一样。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于上述各实施例的记载，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应IO监控器，其特征在于：该自适应IO监控器包括两个受控的电流源、两个不受控的电流源、一个限流开关控制器（C）和外部端口；

所述两个受控的电流源分别为受控的开关式限流驱动器Ⅰ（O2）和受控的开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）；

两个不受控的电流源分别为不受控电流源Ⅰ（Ⅰ4）和不受控电流源Ⅱ（Ii）；

所述外部端口包括负载驱动供电端口（Vdd）、负载驱动功率输出端口（Do）、自适应IO监控器的工作电源输入端口（Vcc）、负载状态检测信号输入端（Di）、双向端口Ⅱ（Di/o）和公共端口（Gnd）；所述双向端口Ⅱ（Di/o）作为负载状态检测信号输出和负载驱动与否的功率输出控制信号输入共用的双向端口；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ（O2）是用于限定最大电流输出的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器Ⅰ（O2）的电源输入端与负载驱动供电端口（Vdd）连接，其输出端与负载驱动功率输出端口（Do）连接，其输入端与限流开关控制器（C）的输出端连接；

所述不受控电流源Ⅰ（Ⅰ4）是用于限定从工作电源输入端口（Vcc）通过不受控电流源Ⅰ（I4）而流向公共端口（Gnd）的最大电流量的限流驱动器，并给限流开关控制器（C）提供偏置电流，拉高双向端口Ⅱ（Di/o）的电平，调整双向端口Ⅱ（Di/o）的最大低电平的电压值；该不受控电流源Ⅰ（Ⅰ4）的输入端与工作电源输入端口（Vcc）连接，其输出端与限流开关控制器（C）的输入端共接于双向端口Ⅱ（Di/o）；

所述不受控电流源Ⅱ（Ii）工作于恒流源方式，该不受控电流源Ⅱ（Ii）的输入端与负载状态检测信号输入端（Di）连接，其输出端与开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）的输入端连接，其接地端与公共端口（Gnd）连接；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）是用于限定从双向端口Ⅱ（Di/o）吸入电流最大值的限流驱动器；该受控的开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）的输出端与双向端口Ⅱ（Di/o）连接，其输入端与不受控电流源Ⅱ（Ii）的输出端连接，其接地端与公共端口（Gnd）连接。

2.根据权利要求1所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ（O2）和限流开关控制器（C）由第一电子放大器（Ao1）与第一限流器（I2）的电路构成；所述第一限流器（I2）设置为允许流向负载驱动功率输出端口（Do）的电流的最大值的限流器；所述第一电子放大器（Ao1）通过其输出端口（Do1）来控制第一限流器（I2）的开、关状态；

所述第一电子放大器（Ao1）的内部偏置作为不受控电流源Ⅰ（Ⅰ4）；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）和不受控电流源Ⅱ（Ii）由第二电子放大器（Ai1）与第二限流器（I1）的电路构成；所述第二限流器（I1）设置为允许吸收来自双向端口Ⅱ（Di/o）的电流的最大值的限流器；所述第二电子放大器（Ai1）通过其输入端口（Di1）来检测负载状态检测信号输入端（Di）的电平状态；所述第一电子放大器（Ao1）的电源端与第二电子放大器（Ai1）的电源端共接工作电源输入端口（Vcc），所述第一电子放大器（Ao1）的同向输入端口与第二限流器（I1）的输入端口共接于双向端口Ⅱ（Di/o），所述第一电子放大器（Ao1）的输出端口（Do1）与第一限流器（I2）的输入端口连接；所述第一限流器（I2）的电源端与负载驱动供电端口（Vdd）连接，其输出端与负载驱动功率输出端口（Do）连接；所述第二限流器（I1）的输出端口与第二电子放大器（Ai1）的输出端口连接；所述第二电子放大器（Ai1）的反向输入端口与负载状态检测信号输入端（Di）连接。

3.根据权利要求2所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述负载驱动供电端口（Vdd）与工作电源输入端口（Vcc）连接，形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口（Do）与负载状态检测信号输入端（Di）连接在一起合并成双向端口Ⅰ（Dio）。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述电子放大器由运算放大器、双极型半导体三极管或单极型场效应三极管中的1种或2种以上构成；所述电子放大器或是由运算放大器构成；或是由双极型半导体三极管构成；或是由单极型场效应三极管构成；或是由双极型半导体三极管和单极型场效应三极管构成的三极管混合放大器；或是由多个双极型半导体三极管构成的纯双极型半导体放大器；或是由多个单极型场效应三极管构成的纯单极型场效应放大器；所述双极型半导体 三极管有PNP型和NPN型，所述单极型场效应三极管有N沟道和P沟道。

5.根据权利要求4所述的自适应IO监控器，其特征在于：当所述电子放大器的放大倍数为1或是只作为限流使用时，所述电子放大器采用纯电阻。

6.根据权利要求1所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述负载驱动供电端口（Vdd）与工作电源输入端口（Vcc）连接在一起合并成电源输入端口（Vc），形成单一电源工作状态，所述负载驱动功率输出端口（Do）与负载状态检测信号输入端（Di）连接在一起合并成双向端口Ⅰ（Dio）；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅰ（O2）由限定最大电流输出的开关器件Ⅰ与调节开关器件Ⅰ最大驱动电流输出值的元器件Ⅱ构成；所述元器件Ⅱ并作为限流开关控制器（C）；

所述不受控电流源Ⅱ（Ii）由恒流输入器件、调节恒流输入器件恒流值的元器件Ⅰ和调节恒流输入器件进入恒流工作状态时与其连接公共点（E）电平值的元器件Ⅴ构成；

所述受控的开关式限流驱动器Ⅱ（IO3）由限定最大吸入电流的开关器件Ⅱ与调节开关器件Ⅱ最大吸入电流值的元器件Ⅲ构成；所述不受控电流源Ⅰ（Ⅰ4）由给双向端口Ⅱ（Di/o）提供上拉电平和限制从双向端口Ⅱ（Di/o）输出电流最大值的元器件Ⅳ构成。

7.根据权利要求6所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的PNP型晶体三极管（Q2）；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管Ⅱ（Q3）；所述元器件Ⅰ是第一电阻（R1），所述元器件Ⅱ是第二电阻（R2），所述元器件Ⅲ是第三电阻（R3），所述元器件Ⅳ是第四电阻（R4），所述元器件Ⅴ是第五电阻（Re）；

所述PNP型晶体三极管（Q2）的基极通过第二电阻（R2）连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上，其发射极连接到电源输入端口（Vc）上，其集电极作为负载驱动功率输出端口（Do）连接到双向端口Ⅰ（Dio）上；

所述NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）的基极通过第一电阻R1连接到电源输入端口（Vc）上，其集电极作为负载状态检测信号输入端（Di）连接到双向端口Ⅰ（Dio）上，其发射极通过第五电阻（Re）连接到公共端口（Gnd）上；

所述NPN晶体三极管Ⅱ（Q3）的发射极直接连接到公共端口（Gnd）上，其基极通过第三电阻（R3）连接到NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）的发射极上，其集电极直接连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上；

所述第四电阻（R4）的两端分别与双向端口Ⅱ（Di/o）和电源输入端口（Vc）连接。

8.根据权利要求6所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述开关器件Ⅰ是二极管（DG）；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的NPN晶体三极管Ⅱ（Q3）；所述元器件Ⅰ是第一电阻（R1），所述元器件Ⅱ是第二电阻（R2），所述元器件Ⅲ是第三电阻（R3），所述元器件Ⅳ是第四电阻（R4），所述元器件Ⅴ是第五电阻（Re）；

所述二极管（DG）的正极通过第二电阻（R2）连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上，其负极连接到双向端口Ⅰ（Dio）上；

所述NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）的基极通过第一电阻（R1）连接到电源输入端口（Vc）上，其集电极作为负载状态检测信号输入端（Di）连接到双向端口Ⅰ（Dio）上，其发射极通过第五电阻（Re）连接到公共端口（Gnd）上；

所述NPN晶体三极管Ⅱ（Q3）的发射极直接连接到公共端口（Gnd）上，其基极通过第三电阻（R3）连接到NPN型晶体三极管Ⅰ（Q1）的发射极上，其集电极直接连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上；

所述第四电阻（R4）的两端分别与双向端口Ⅱ（Di/o）和电源输入端口（Vc）连接。

9.根据权利要求6所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述开关器件Ⅰ是工作于限流工作状态的P沟道的单极型场效应三极管（Q21）；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ（Q31）；所述元器件Ⅰ是第一电阻（R1），所述元器件Ⅱ是第二电阻（R2），所述元器件Ⅲ是第三电阻（R3），所述元器件Ⅳ是第四电阻（R4），所述元器件Ⅴ是第五电阻（Re）；

所述P沟道的单极型场效应三极管（Q21）的栅极通过第二电阻（R2）连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上，其源极连接到电源输入端口（Vc）上，其漏极作为负载驱动功率输出端口连接到双向端口Ⅰ（Dio）；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）的栅极通过第一电阻（R1）连接到电源输入端口（Vc）上，其漏极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ（Dio），其源极通过第五电阻（Re）连接到公共端口（Gnd）上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ（Q31）的源极直接连接到公共端口（Gnd）上，其栅极通过第三电阻（R3）连接到N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）的源极上，其漏极直接连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上；

所述第四电阻（R4）的两端分别与双向端口Ⅱ（Di/o）和电源输入端口（Vc）连接。

10.根据权利要求6所述的自适应IO监控器，其特征在于：所述开关器件Ⅰ是二极管（DG）；所述恒流输入器件是工作于恒流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）；所述开关器件Ⅱ是工作于限流工作状态的N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ（Q31）；所述元器件Ⅰ是第一电阻（R1），所述元器件Ⅱ是第二电阻（R2），所述元器件Ⅲ是第三电阻（R3），所述元器件Ⅳ是第四电阻（R4），所述元器件Ⅴ是第五电阻（Re）；

所述二极管（DG）的正极通过第二电阻（R2）连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上，其负极连接到双向端口Ⅰ（Dio）上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）的栅极通过第一电阻（R1）连接到电源输入端口（Vc）上，其漏极作为负载状态检测信号输入端连接到双向端口Ⅰ（Dio）上，其源极通过第五电阻（Re）连接到公共端口（Gnd）上；

所述N沟道的单极型场效应三极管Ⅱ（Q31）的源极直接连接到公共端口（Gnd）上，其栅极通过第三电阻（R3）连接到N沟道的单极型场效应三极管Ⅰ（Q11）的源极上，其漏极直接连接到双向端口Ⅱ（Di/o）上；

所述第四电阻（R4）的两端分别与双向端口Ⅱ（Di/o）和电源输入端口（Vc）连接。

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