一种通用管脚复用电路
技术领域
本发明涉及一种通用管脚复用电路,适用于汽车行业电子化技术领域。
背景技术
目前,汽车上的电子设备越来越多,这些设备的各种类型的功率输入及输出接口均需要连接到车身控制模块或者仪表,但车身控制模块或者仪表的对外接口是有限的;而且当车辆配置不同时,车身控制模块或者仪表所需的功率输出引脚及不同类型的输入引脚数量都有不同,而传统车身控制模块或者仪表厂家的通用做法是将单个管脚配置为单一的输入或输出功能,非常耗费管脚资源,间接增加了车身控制模块或者仪表的成本。
现有技术中存在一些通用管脚复用电路,例如授权公告号为CN104993815B的发明专利文件和申请公布号为CN108566191A的发明专利申请文件中公开的通用管脚复用电路,能够在单个输入口上提供多种输入选择,虽然在一定程度上提高了管脚利用率,但是通用管脚仅能作为输入管脚使用,功能仍较单一,通用管脚利用率还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种通用管脚复用电路,用以解决现有通用管脚复用电路中的通用管脚仅能作为输入管脚使用,功能较单一,导致通用管脚利用率低的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种通用管脚复用电路,该复用电路包括驱动电路、功率输出电路和电阻分压网络,以及第一控制管脚、检测输入管脚和通用管脚,其中,第一控制管脚用于连接处理器的第一输出端口,检测输入管脚用于连接处理器的输入端口;所述第一控制管脚通过驱动电路的第一驱动支路连接功率输出电路的使能端口,功率输出电路的功率输出端口连接所述通用管脚;所述检测输入管脚连接电阻分压网络的输入端口,电阻分压网络的输出端口连接所述通用管脚。
本发明的有益效果是:利用处理器配置复用电路的第一控制管脚处于低电平或高电平,以控制驱动电路的第一驱动支路导通或断开,进而对功率输出电路使能与否进行控制,当功率输出电路使能时,复用电路的通用管脚作为功率输出管脚使用;当功率输出电路未使能时,复用电路的通用管脚作为模拟电压量输入管脚使用;也就是说,该复用电路的通用管脚既能作为输出管脚使用,又能作为输入管脚使用,由于通用管脚集输入、输出两种功能于一身,通用管脚的利用率得到有效提高。
为了使通用管脚还能够作为开关量输入管脚使用,以使通用管脚在作为输入管脚使用时,能够提供多种类型的输入选择,进一步地,该复用电路还包括第二控制管脚以及拉电流或漏电流生成电路,所述驱动电路还包括第二驱动支路,其中,第二控制管脚用于连接处理器的第二输出端口;所述第二控制管脚通过驱动电路的第二驱动支路连接拉电流或漏电流生成电路的使能端口,拉电流或漏电流生成电路的输出端口连接所述通用管脚。
为了实现通用管脚的功率输出功能,进一步地,所述功率输出电路为HSD功率输出电路。
为了使通用管脚能够作为模拟电压量输入管脚使用,进一步地,所述电阻分压网络包括第一电容、第一电阻和第二电阻,电阻分压网络的输入端口依次与第一电阻、第一电容串联后接地;第二电阻的一端连接电阻分压网络的输入端口,另一端接地;第一电容与第一电阻的串联点用于作为电阻分压网络的输出端口。
为了对功率输出电路使能与否进行控制,进而对通用管脚作为输出管脚使用还是输入管脚使用进行控制,进一步地,所述驱动电路的第一驱动支路包括:第一三极管,所述第一三极管为PNP型三极管,所述第一控制管脚连接第一三极管的基极,第一三极管的发射极连接驱动电源,第一三极管的集电极连接所述功率输出电路的使能端口。
为了对拉电流或漏电流生成电路使能与否进行控制,进而对通用管脚作为输入管脚使用时的输入类型进行控制,进一步地,所述驱动电路的第二驱动支路包括:第二三极管和MOS管,所述第二三极管为NPN型三极管,所述MOS管为P沟通MOS管,所述第二控制管脚连接第二三极管的基极,第二三极管的发射极接地,第二三极管的集电极连接MOS管的栅极,MOS管的漏极连接复用电路的输入电源,MOS管的源极连接所述拉电流或漏电流生成电路的使能端口。
为了实现拉电流或漏电流生成功能,进一步地,所述拉电流或漏电流生成电路包括:第三三极管、第四三极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一二极管和第二二极管,其中,第三三极管为PNP型三极管,第四三极管为NPN型三极管;所述拉电流或漏电流生成电路的使能端口连接第三三极管的发射极,第三三极管的集电极与第八电阻和第九电阻串联后连接第四三极管的集电极,第四三极管的发射极接地;第十电阻的一端连接在第八电阻和第九电阻的串联点上,另一端用于作为所述拉电流或漏电流生成电路的输出端口;所述拉电流或漏电流生成电路的使能端口还通过第十一电阻连接第三三极管的基极,第三三极管的基极连接第一二极管的阳极,第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极,第二二极管的阴极连接第四三极管的基极,第四三极管的基极经第十二电阻接地。
为了实现在同一时间,复用电路的通用管脚只能作为输入管脚使用或只能作为输出管脚使用,进一步地,该复用电路还包括第三二极管,所述第二控制管脚连接第三二极管的阳极,第三二极管的阴极连接第一三极管的基极。
附图说明
图1是本发明实施例1的通用管脚复用电路的电路原理图;
图2是本发明实施例2的通用管脚复用电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1:
如图1所示,本实施例的通用管脚复用电路(以下简称复用电路),包括功率输出电路(即图1中Part:A部分)、电阻分压网络(即图1中Part:B部分)和驱动电路(即图1中Part:D部分),以及第一控制管脚MCU_GPIO1、检测输入管脚MCU_AD和通用管脚Interface_IO,其中,第一控制管脚MCU_GPIO1用于连接处理器的第一输出端口,检测输入管脚MCU_AD用于连接处理器的输入端口。本实施例中,选用微控制器(简称MCU)作为处理器,作为其他实施方式,还可以选用AP应用处理器、ARM处理器、DSP微处理器、CPLD复杂可编程逻辑器件等作为处理器。
本实施例中,功率输出电路为HSD功率输出电路,HSD功率输出电路包括一个HSD芯片(即高边驱动芯片),其中,HSD芯片的两个电源端口(即图1中HSD芯片的端口4和端口8)为HSD功率输出电路的电源端口;HSD芯片的四个功率输出端口(即图1中HSD芯片的端口1、2、6和7)为HSD功率输出电路的功率输出端口;HSD芯片的使能端口(即图1中HSD芯片的端口3)为HSD功率输出电路的使能端口HSD_CTR。作为其他实施方式,功率输出电路的类型还可以根据实际需要更改,例如更改为包括LSD芯片(即低边驱动芯片)的LSD功率输出电路。
本实施例中,电阻分压网络包括第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2,电阻分压网络的输入端口依次与第一电阻R1、第一电容C1串联后接地GND;第二电阻R2一端连接电阻分压网络的输入端口,另一端接地GND;第一电容C1与第一电阻R1的串联点用于作为电阻分压网络的输出端口。作为其他实施方式,电阻分压网络还可以采用其他电路结构,例如通过将第二电阻R2与第一电容C1并联得到的一种电阻分压网络。
本实施例中,驱动电路包括第一驱动支路,第一驱动支路由第一三极管Q1、第三电阻R3和第四电阻R4构成,其中,第一三极管Q1为PNP型三极管,第一驱动支路的输入端经第四电阻R4连接第一三极管Q1的基极,第一三极管Q1的发射极连接驱动电源VCC,第一三极管Q1的集电极经第三电阻R3连接第一驱动支路的输出端。其中,第一驱动支路中电阻的阻值和数量可根据实际需要调整。
本实施例的复用电路的电路连接关系如图1所示,复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1连接第一驱动支路的输入端,第一驱动支路的输出端连接HSD功率输出电路的使能端口HSD_CTR,HSD功率输出电路的电源端口连接+24V电源(即复用电路的输入电源),HSD功率输出电路的功率输出端口连接复用电路的通用管脚Interface_IO;复用电路的检测输入管脚MCU_AD连接电阻分压网络的输入端口,电阻分压网络的输出端口连接复用电路的通用管脚Interface_IO。
本实施例的复用电路有两种工况,下面对这两种工况进行详细说明:
工况1:当复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1为高电平时,第一三极管Q1截止,HSD功率输出电路无效(即未使能),电阻分压网络单独有效,这种工况下,复用电路借助电阻分压网络能够实现模拟电压量输入功能,此时复用电路的通用管脚Interface_IO作为模拟电压量输入管脚使用。
工况2:当复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1为低电平时,第一三极管Q1导通,HSD功率输出电路的使能端口HSD_CTR为高电平,则这种工况下,HSD功率输出电路有效(即使能),复用电路借助HSD功率输出电路能够实现功率输出功能,此时复用电路的通用管脚Interface_IO作为功率输出管脚使用。
综上所述,本实施例的复用电路的通用管脚既能作为输出管脚使用,又能作为输入管脚使用,由于通用管脚集输入、输出两种功能于一身,通用管脚的利用率得到有效提高。
实施例2:
如图2所示,本实施例的通用管脚复用电路(以下简称复用电路)在实施例1的复用电路的基础上,增加了第二控制管脚MCU_GPIO2以及拉电流或漏电流生成电路(即图2中Part:C部分),同时,该复用电路的驱动电路中还增加了第二驱动支路。其中,第二控制管脚MCU_GPIO2用于连接处理器的第二输出端口。
本实施例中,第二驱动支路由第二三极管Q2、MOS管M1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和稳压管Z1构成,其中,第二三极管Q2为NPN型三极管,MOS管M1为P沟通MOS管,第二驱动支路的输入端经第五电阻R5连接第二三极管Q2的基极,第二三极管Q2的发射极接地GND,第六电阻R6一端连接第二三极管Q2的基极,另一端接地GND,第二三极管Q2的集电极经第七电阻R7连接MOS管M1的栅极,MOS管M1的漏极连接+24V电源(即复用电路的输入电源),MOS管M1的源极连接连接第二驱动支路的输出端,稳压管Z1的阳极连接MOS管M1的栅极,稳压管Z1的阴极连接MOS管M1的漏极。其中,第二驱动支路中电阻的阻值和数量、稳压管的稳压值和数量,均可以根据实际需要调整。
本实施例中,拉电流或漏电流生成电路包括:第三三极管Q3、第四三极管Q4、第八电阻R8(10Ω)、第九电阻R9(10Ω)、第十电阻R10(1.5KΩ)、第十一电阻R11(4.7KΩ)、第十二电阻R12(4.7KΩ)、第一二极管D1和第二二极管D2,其中,第三三极管Q3为PNP型三极管,第四三极管Q4为NPN型三极管;拉电流或漏电流生成电路的使能端口连接第三三极管Q3的发射极,第三三极管Q3的集电极与第八电阻R8和第九电阻R9串联后连接第四三极管Q4的集电极,第四三极管Q4的发射极接地GND;第十电阻R10的一端连接在第八电阻R8和第九电阻R9的串联点上,另一端用于作为拉电流或漏电流生成电路的输出端口;拉电流或漏电流生成电路的使能端口还通过第十一电阻R11连接第三三极管Q3的基极,第三三极管Q3的基极连接第一二极管D1的阳极,第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阳极,第二二极管D2的阴极连接第四三极管Q4的基极,第四三极管Q4的基极经第十二电阻R12接地GND。本实施例的拉电流或漏电流生成电路能够提供8mA拉电流或8mA漏电流,作为其他实施方式,可以根据实际需要调整拉电流或漏电流生成电路中电阻的阻值和数量,以调整其输出的拉电流或漏电流的大小。
本实施例的复用电路的电路连接关系如图2所示,复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1连接第一驱动支路的输入端,第一驱动支路的输出端连接HSD功率输出电路的使能端口HSD_CTR,HSD功率输出电路的电源端口连接+24V电源(即复用电路的输入电源),HSD功率输出电路的功率输出端口连接复用电路的通用管脚Interface_IO;复用电路的检测输入管脚MCU_AD连接电阻分压网络的输入端口,电阻分压网络的输出端口连接复用电路的通用管脚Interface_IO;复用电路的第二控制管脚MCU_GPIO2连接第二驱动支路的输入端,第二驱动支路的输出端连接拉电流或漏电流生成电路的使能端口,拉电流或漏电流生成电路的输出端口连接复用电路的通用管脚Interface_IO;本实施例的复用电路还包括第三二极管D3,复用电路的第二控制管脚MCU_GPIO2连接第三二极管D3的阳极,第三二极管D3的阴极连接第一三极管Q1的基极。
本实施例的复用电路有三种工况,下面对这三种工况进行详细介绍:
工况1:当复用电路的第二控制管脚MCU_GPIO2为高电平时,由于第三二极管D3导通使第一三极管Q1的基极处于高电平,此时无论复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1为何种状态,第一三极管Q1截止,HSD功率输出电路无效;同时,由于第二三极管Q2导通,MOS管M1导通,使拉电流或漏电流生成电路的使能端口处于高电平,则第三三极管Q3和第四三极管Q4导通,拉电流或漏电流生成电路有效;这种工况下,拉电流或漏电流生成电路通过提供拉电流或漏电流,与电阻分压网络相配合,使复用电路能够实现开关量低电平输入检测或开关量高电平输入检测功能,此时复用电路的通用管脚Interface_IO作为开关量输入管脚使用。
综上所述,第三二极管D3使得在第二控制管脚MCU_GPIO2为高电平、第一控制管脚MCU_GPIO1为低电平时,复用电路的通用管脚Interface_IO不会出现既作输入管脚又作输出管脚的情况,即第三二极管D3保证了在同一时间,复用电路的通用管脚Interface_IO只能作为输入管脚使用或只能作为输出管脚使用。
工况2:当复用电路的第二控制管脚MCU_GPIO2为低电平、第一控制管脚MCU_GPIO1为高电平时,第二三极管Q2截止,MOS管M1不导通,拉电流或漏电流生成电路无效;同时,第一三极管Q1截止,HSD功率输出电路无效;即这种工况下,电阻分压网络单独有效,复用电路借助电阻分压网络能够实现模拟电压量输入功能,此时复用电路的通用管脚Interface_IO作为模拟电压量输入管脚使用。
工况3:当复用电路的第一控制管脚MCU_GPIO1和第二控制管脚MCU_GPIO2均为低电平时,第一三极管Q1导通,HSD功率输出电路的使能端口HSD_CTR为高电平,HSD功率输出电路有效;同时,第二三极管Q2截止,MOS管M1不导通,拉电流或漏电流生成电路无效;这种工况下,复用电路借助HSD功率输出电路能够实现功率输出功能,此时复用电路的通用管脚Interface_IO作为功率输出管脚使用。
综上所述,本实施例的复用电路的通用管脚既能作为输出管脚使用,又能作为输入管脚使用,由于通用管脚集输入、输出两种功能于一身,通用管脚的利用率得到有效提高;另外,本实施例的复用电路的通用管脚在作为输入管脚使用时,还能够提供两种类型的输入选择,进一步提高了通用管脚的利用率。