CN102118154B - 一种双向输入/输出接口电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向输入/输出接口电路，通过隔离电阻R1、R2、R3，OC输出驱动器U0和光耦U1、U2实现完成“28V地/悬空”离散量信号的输入/输出；通过隔离电阻R4、R5、R6，OC输出反相器N1、反相器N2和光耦U3、U4实现“28V/悬空”离散量信号的输入/输出；通过隔离电阻R7、R8、R9、R10，OC输出反相器N3、反相器N4和光耦U5、U6实现“28V/地”离散量信号的输入/输出。本发明结构简单、紧凑、合理，输入/输出速度快，而且可以满足电气隔离需求，可以完成电路自检，可以作为输入或输出接口。
Description
技术领域
本发明涉及一种输入/输出接口(Input/Output Port，I/O口)电路，尤其是具有光电隔离功能和自检功能。
背景技术
在现代航空电子系统中，28V离散量信号一般有“28V地/悬空、28V/悬空、28V/地”三种形式。为了完成航空电子系统离散量信号的测试，必须对被测航空电子系统提供相应类型的测试通道，即输入/输出接口电路。在复杂航空电子测试系统的设计过程中，由于测试通道多、信号类型复杂等各种原因，经常会出现将28V离散量测试通道的输入/输出方向弄反的情况，这样在航空电子测试系统调试的过程中，需要更改相应离散量通道的输入/输出方向，系统缺乏灵活性，会造成测试硬件资源浪费。另外，现有离散量双向输入/输出接口均采用与非门等逻辑器件构成，由于当前的与非门等逻辑器件均工作在5V电压下，因此这种电路主要是+5V离散量，不能应用于+28V离散量，且这种电路没有电气隔离功能。
发明内容
为了克服现有技术输入/输出方向不能灵活可变的缺点，本发明提供一种双向输入/输出接口电路，可以通过控制位的设置完成28V离散量信号输入/输出方向的改变，同时通过此方法设计的电路具有电气隔离功能和自检功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。
“28V地/悬空”输入/输出接口电路元器件连接关系如下：第一隔离电阻R1的一端接+5V电源，另一端接第二光耦U2二极管正极；第二隔离电阻R2的一端接+5V电源，另一端接第一光耦U1光敏管集电极；第三隔离电阻R3的一端接+28V电源，另一端接第一光耦U1二极管正极；第一光耦U1光敏管发射极接+5V电源地G5；第二光耦U2光敏管发射极接+28V电源地G28；采集控制接口电路的输入端IN1接第一光耦U1光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT1经OC输出驱动器U0接第二光耦U2二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT1接第一光耦U1二极管负极和第二光耦U2光敏管集电极。当该电路作为输入接口时，首先需要将输出端/输入控制位OUT1置为高电平“1”，此时输入端IN1的状态(“0”或“1”)即为IN_OUT1的状态(28V地/悬空)；当该电路作为输出接口时，IN_OUT1的状态(28V地/悬空)即为OUT1的状态(“0”或“1”)；当进行自检时，将OU1置为低电平“0”，如果IN1状态为低电平“0”，表示电路工作正常，否则存在故障。
“28V/悬空”输入/输出接口电路元器件连接关系如下：第四隔离电阻R4的一端接+5V电源，另一端接第四光耦U4光敏管集电极；第五隔离电阻R5的一端接+5V电源，另一端接第三光耦U3二极管正极；第六隔离电阻R6的一端接第四光耦二极管的负极，另一端接+28V电源地G28；第三光耦U3光敏管集电极接+28V电源；第四光耦U4光敏管发射极接+5V电源的地G5；采集控制接口电路的输入端IN2通过反相器N2接第四光耦U4光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT2通过OC输出反相器N1接第三光耦U3二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT2接第三光耦U3光敏管的发射极和第四光耦U4二极管正极。当该电路作为输入接口时，首先需要将OUT2置为低电平“0”，此时输入端IN2的状态(“1”或“0”)对应IN_OUT2的状态(28V/悬空)；当该电路作为输出接口时，IN_OUT2的状态(28V/悬空)对应OUT2的状态(“1”或“0”)；当进行自检时，将OUT2置为高电平“1”，如果IN2状态为高电平“1”，表示电路工作正常，否则存在故障。
“28V/地”输入/输出接口电路元器件连接关系如下：第七隔离电阻R7的一端接+5V电源，另一端接第六光耦U6光敏管集电极；第八隔离电阻R8的一端接+5V电源，另一端接第五光耦U5二极管正极；第九隔离电阻R9的一端接第六光耦二极管的负极，另一端接+28V电源地G28；第五光耦U5光敏管集电极接+28V电源；第六光耦U6光敏管发射极接+5V电源地G5；采集控制接口电路的输入端IN3通过反相器N4接第六光耦U6光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT3通过OC输出反相器N3接第五光耦U5二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT3接第五光耦U5光敏管的发射极和第六光耦U6二极管正极；R10为下拉电阻，一端接+28V电源地G28，另一端接第五光耦U5光敏管的发射极和第六光耦U6二极管正极。当该电路作为输入接口时，首先需要将OUT3置为高电平“0”，此时输入端IN3的状态(“1”或“0”)对应IN_OUT3的状态(28V/地)；当该电路作为输出接口时，IN_OUT3的状态(28V/地)对应OUT3的状态(“1”或“0”)。当进行自检时，将OUT3置为高电平“1”，如果IN3状态为高电平“1”，表示电路工作正常，否则存在故障。
本发明的有益效果是：本发明设计的电路结构简单、紧凑、合理；通过采用光耦来完成28V离散量信号各种状态的输入/输出，相对于继电器输入/输出速度快，而且可以满足航空电子测试系统的电气隔离需求；可以完成电路自检；尤其是本发明可以通过电路中控制位设置的不同，可以作为28V离散量信号的输入接口或输出接口。
附图说明
图1是“28V地/悬空”输入/输出接口电路元器件原理图。
图2是“28V/悬空”输入/输出接口电路元器件原理图。
图3是“28V/地”输入/输出接口电路元器件原理图。
具体实施方式
下面本发明结合附图中的实施例作进一步说明。
本发明主要通过隔离电阻R1、R2、R3，OC输出驱动器U0和光耦U1、U2实现完成“28V地/悬空”离散量信号的输入/输出；通过隔离电阻R4、R5、R6，OC输出反相器N1、反相器N2和光耦U3、U4实现“28V/悬空”离散量信号的输入/输出；通过隔离电阻R7、R8、R9、R10，OC输出反相器N3、反相器N4和光耦U5、U6实现“28V/地”离散量信号的输入/输出。
在实施例中，光耦采用TLP521-2；隔离电阻R2、R4、R7阻值采用4.7kΩ，功率0.125W；隔离电阻R1、R3、R5、R6、R8、R9阻值采用5.1kΩ，功率0.25W；下拉电阻R10阻值采用10kΩ，功率0.125W。
“28V地/悬空”输入/输出接口电路元器件原理如图1。第一隔离电阻R1是第二光耦U2二极管的正极电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第二光耦U2二极管正极；第二隔离电阻R2是第一光耦U1光敏管的电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第一光耦U1光敏管集电极；第三隔离电阻R3是第一光耦U1二极管的电源电阻，一端接+28V电源，另一端接第一光耦U1二极管正极；第一光耦U1光敏管发射极接+5V电源地G5；第二光耦U2光敏管发射极接+28V电源地G28；采集控制接口电路的输入端IN1接第一光耦U1光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT1经OC输出驱动器U0接第二光耦U2二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT1接第一光耦U1二极管负极和第二光耦U2光敏管集电极。当该电路作为输入接口时，首先需要将输出端/输入控制位OUT1置为高电平“1”使第二光耦U2截止，如果IN_OUT1为“28V地”时，第一光耦U1二极管发光，U1光敏管有电流通过，使第一光耦U1光敏管集电极为低电平“0”，即IN1为“0”；如果IN_OUT1为“悬空”时，第一光耦U1二极管不发光，U1光敏管没有电流通过，使第一光耦U1光敏管集电极为高电平“1”，即IN1为“1”。当该电路作为输出接口时，如果OUT1为“0”时，第二光耦U2二极管发光，U2光敏管有电流通过，使第二光耦U2光敏管集电极为低电平“28V地”，即IN_OUT1为“28V地”；如果OUT1为“1”时，第二光耦U2二极管不发光，U2光敏管没有电流通过，使第二光耦U2光敏管集电极为“悬空”，即IN_OUT1为“悬空”。当该电路进行自检时，将OUT1置为低电平“0”，第二光耦U2二极管发光，U2光敏管有电流通过，第二光耦U2光敏管集电极为低电平，使第一光耦U1二极管发光，U1光敏管有电流通过，第一光耦U1光敏管集电极为低电平，IN1为低电平“0”，表示电路工作正常，否则存在故障。
“28V/悬空”输入/输出接口电路元器件原理如图2。第四隔离电阻R4是第四光耦U4光敏管集电极的电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第四光耦U4光敏管集电极和反相器N2的输入端；第五隔离电阻R5是第三光耦U3二极管的电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第二光耦U2二极管正极；第六隔离电阻R6是第四光耦U4二极管的接地电阻，一端接第四光耦二极管负极，另一端接28V电源地G28；第三光耦U3光敏管集电极接+28V电源；第四光耦U4光敏管发射极接+5V电源地G5；采集控制接口电路的输入端IN2接反相器N2的输出端；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT2接OC输出反相器N1的输入端，N1的输出端接第三光耦U3二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT2接第三光耦U3光敏管发射极和第四光耦U4二极管正极。当该电路作为输入接口时，首先需要将输出端/输入控制位OUT2置为低电平“0”，则N1输出高电平“1”，第三光耦U3截止；如果IN_OUT2为“28V”时，第四光耦U4二极管发光，U4光敏管有电流通过，使第四光耦U4光敏管集电极为低电平“0”，经反相器N2输出后，IN2为“1”；如果IN_OUT2为“悬空”时，第四光耦U4二极管不发光，U4光敏管没有电流通过，使第四光耦U4光敏管集电极为高电平“1”，经反相器N2输出后，IN2为“0”。当该电路作为输出接口时，如果OUT2为“1”时，OC输出反相器N1输出低电平“0”，第三光耦U3二极管发光，U3光敏管有电流通过，使第三光耦U3光敏管发射极为高电平“28V”，即IN_OUT2为“28V”；如果OUT2为“0”时，OC输出反相器N1输出高电平“1”，第三光耦U3二极管不发光，U3光敏管没有电流通过，使第三光耦U3光敏管集电极为“悬空”，即IN_OUT2为“悬空”。当该电路进行自检时，将OUT2置为高电平“1”，OC输出反相器N1输出低电平“0”，第三光耦U3二极管发光，U3光敏管有电流通过，使第四光耦U4二极管发光，U4光敏管有电流通过，第四光耦U4光敏管集电极为低电平，经反相器N2输出后，IN2为高电平“1”，表示电路工作正常，否则存在故障。
“28V/地”输入/输出接口电路元器件原理如图3。第七隔离电阻R7是第六光耦U6光敏管集电极的电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第六光耦U6光敏管集电极和反相器N4的输入端；第八隔离电阻R8是第五光耦U5二极管的电源电阻，一端接+5V电源，另一端接第五光耦U5二极管正极；第九隔离电阻R9是第六光耦U6二极管的接地电阻，一端接第六光耦二极管负极，另一端接28V电源地G28；第十隔离电阻R10是输出信号的下拉电阻，一端接IN_OUT3，另一端接28V电源地G28；第五光耦U5光敏管集电极接+28V电源；第六光耦U6光敏管发射极接+5V电源地G5；采集控制接口电路的输入端IN3接反相器N4的输出端；采集控制接口电路的输出端/输入控制位OUT3接OC输出反相器N3的输入端，N3的输出端接第五光耦U5二极管负极；测试接口电路的输入/输出端IN_OUT3接第五光耦U5光敏管发射极、第六光耦U6二极管正极和第十隔离电阻R10。当该电路作为输入接口时，首先需要将输出端/输入控制位OUT3置为低电平“0”，则N3输出高电平“1”，第五光耦U5截止；如果IN_OUT3为“28V”时，第六光耦U6二极管发光，U6光敏管有电流通过，使第六光耦U6光敏管集电极为低电平“0”，经反相器N4输出后，IN3为“1”；如果IN_OUT3为“地”时，第六光耦U6二极管不发光，U6光敏管没有电流通过，使第六光耦U6光敏管集电极为高电平“1”，经反相器N4输出后，IN3为“0”。当该电路作为输出接口时，如果OUT3为“1”时，OC输出反相器N3输出低电平“0”，第五光耦U5二极管发光，U5光敏管有电流通过，使第五光耦U5光敏管发射极为高电平“28V”，即IN_OUT3为“28V”；如果OUT3为“0”时，OC输出反相器N3输出高电平“1”，第五光耦U5二极管不发光，U5光敏管没有电流通过，第五光耦U5光敏管集电极通过R10下拉为“地”，即IN_OUT3为“地”。当该电路进行自检时，将OUT3置为高电平“1”，OC输出反相器N3输出低电平“0”，第五光耦U5二极管发光，U5光敏管有电流通过，使第六光耦U6二极管发光，U6光敏管有电流通过，第六光耦U6光敏管集电极为低电平，经反相器N4输出后，IN3为高电平“1”，表示电路工作正常，否则存在故障。
Claims (1)
1.一种双向输入/输出接口电路，其特征在于：
当其应用于28V地/悬空连接时，第一隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第二光耦二极管正极，第二隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第一光耦光敏管集电极；第三隔离电阻的一端接+28V电源，另一端接第一光耦二极管正极；第一光耦光敏管发射极接+5V电源地；第二光耦光敏管发射极接+28V电源地；采集控制接口电路的输入端接第一光耦光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位经OC输出驱动器接第二光耦二极管负极；测试接口电路的输入/输出端接第一光耦二极管负极和第二光耦光敏管集电极；
当其应用于28V/悬空连接时，第四隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第四光耦光敏管集电极；第五隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第三光耦二极管正极；第六隔离电阻的一端接第四光耦二极管的负极，另一端接+28V电源地；第三光耦光敏管集电极接+28V电源；第四光耦光敏管发射极接+5V电源地；采集控制接口电路的输入端通过反相器接第四光耦光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位通过OC输出反相器接第三光耦二极管负极；测试接口电路的输入/输出端接第三光耦光敏管的发射极和第四光耦二极管正极；
当其应用于28V/地连接时，第七隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第六光耦光敏管集电极；第八隔离电阻的一端接+5V电源，另一端接第五光耦二极管正极；第九隔离电阻的一端接第六光耦二极管的负极，另一端接+28V电源地；第五光耦光敏管集电极接+28V电源；第六光耦光敏管发射极接+5V电源地；采集控制接口电路的输入端通过反相器接第六光耦光敏管集电极；采集控制接口电路的输出端/输入控制位通过OC输出反相器接第五光耦二极管负极；测试接口电路的输入/输出端接第五光耦光敏管的发射极和第六光耦二极管正极；下拉电阻一端接+28V电源地，另一端接第五光耦光敏管的发射极和第六光耦二极管正极。
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