CN102809930A - 输入与输出复用端口及控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种输入与输出复用端口及控制器，该输入与输出复用端口包括：状态采集单元，用于采集输入与输出复用端口外部的第一状态信息及第二状态信息；所述第一状态信息为所述复用端口用作输出端口时的状态，所述第一状态信息包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态；控制单元，用于接收所述状态采集单元发送的第一状态信息及第二状态信息，并根据所述第二状态信息确定所述复用端口用作输入端口时的状态；其中，所述复用端口用作输入端口时的状态包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态。本发明运用端口状态信息与端口物理信息的映射关系实现输入与输出端口的复用，能提升控制器的端口复用能力，具有结构简单、实施方便等优势。

Description

输入与输出复用端口及控制器
技术领域
本发明涉及端口复用领域，具体涉及一种控制器及输入与输出复用端口及设置有该复用端口的控制器。
背景技术
目前，控制产品不断向高端化发展及种类多样化发展。其中，控制产品的高端化发展具体包括端口的智能化程度、灵活性、通用性能的提升等，如现有的高电平与低电平开关量输入、电压型与电阻型模拟量输入，高端大电流和桥输出电路等类型端口可灵活编程配置的控制设备及具体的配置办法；控制产品的种类多样化发展则是根据不同典型的应用场合的应用需求开发多种类型供系统设计者进行选择。上述两种发展方向在市场潜力方面是互为补充的关系，一方面，高端化的产品容易满足复杂、高端的系统设计者对于防护等级、智能化等方面的需求，另一方面多种可供选择的产品更加容易切合不同应用需求，且便于灵活搭配，为用户提供最佳的应用解决方案。
端口复用是控制产品高端化发展的重要组成部分，目前常见的一般有不同输入类型或不同输出类型端口的互相复用，如AI/DI复用，DO/PWM复用等其中，AI是指模拟信号输入端口（Analog Signal Input），DI是指数字信号输入端口（Digital Signal Input），DO是指数字信号输出端口（Digital Signal Output），PWM是指脉冲宽度调制端口（Pulse WidthModulation），但很少有输入输出端口复用相关的技术，因此在一定的程度上限制了控制产品本身灵活性的程度。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明的第一目的在于提供一种有效的输入与输出复用端口，包括：状态采集单元，用于采集输入与输出复用端口外部的第一状态信息及第二状态信息；其中，所述第一状态信息为所述复用端口用作输出端口时的状态，所述第一状态信息包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态；控制单元，用于接收所述状态采集单元发送的第一状态信息及第二状态信息，并根据所述第二状态信息确定所述复用端口用作输入端口时的状态；其中，所述复用端口用作输入端口时的状态包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态。
进一步地，所述的输入与输出复用端口还包括：驱动单元，用于接收所述控制单元的输出信号，并对所述输出信号进行功率放大。
进一步地，所述驱动单元为与所述输入与输出复用端口外部连接的接口单元。
进一步地，所述状态采集单元与所述驱动单元集成设置或分离设置。
进一步地，所述第一状态信息还包括正常状态，所述正常状态指所述控制单元的输出信号与所述复用端口用作输出端口时的状态相同或相反；
所述控制单元包括：
比较子单元，用于比较所述第一状态信息与所述输出信号；
故障诊断子单元，用于根据所述比较子单元的比较结果确定所述复用端口的健康状态。
为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明的第二目的在于提供一种控制器，设置有上述任一种输入与输出复用端口。
本发明输入与输出复用端口通过增加状态采集单元对端口状态数据采集以实现输入与输出端口的复用，能提升控制器的端口复用能力，具有结构简单、实施方便等优势。
附图说明
图1为本发明输入与输出复用端口的实施例结构示意图；
图2为本发明输入与输出复用端口的实施例电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明输入与输出复用端口实施例包括：
状态采集单元1，用于采集输入与输出复用端口外部的第一状态信息及第二状态信息；其中，第一状态信息为复用端口用作输出端口时的状态，第一状态信息包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态；
控制单元3，用于接收状态采集单元1发送的第一状态信息及第二状态信息，并根据第二状态信息确定复用端口用作输入端口时的状态；其中，复用端口用作输入端口时的状态包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态。
以下对上述输入与输出复用端口实现复用的过程分情况阐述如下：
（1）图1所示的端口结构实现DO（即输出端口）与低电平有效DI（即输入端口）的复用：端口用作DO时，若端口对地短路，状态采集单元1采集到第一状态信息为对地短路的状态，记为ST1，若端口对地开路，而采集到第一状态信息为开路状态，记为ST2，状态采集单元1能够准确区分状态ST1与ST2；该端口用作DI时，保持第一状态信息不变，此时控制单元3只需判断状态采集单元1采集到第二状态信息是ST1还是ST2即可得知DI输入的状态是对地短路还是开路状态，控制单元3对此时状态变化的检测，等价于实现了端口对输入电平状态的检测，即实现了端口的低电平有效DI功能，进而图1所示的端口结构实现了DO与低电平有效DI的复用；
（2）图1所示的端口结构实现DO与高电平有效DI的复用：端口用作DO输出时，若端口对电源短路，状态采集单元1采集到第一状态信息为对电源短路的状态，记为ST3，若端口对地开路，而采集到第一状态信息为开路状态，记为ST2，状态采集单元1能够准确区分状态ST3与ST2；则该端口用作DI时，保持第一状态信息不变，此时控制单元3只需判断状态采集单元1采集到第二状态信息是ST3还是ST2，即可得知DI输入的状态是对电源短路还是开路状态，控制单元3对此时状态变化的检测，等价于实现了端口对输入电平状态的检测，由此即实现了DO与高电平有效DI的复用；
（3）对于状态采集单元1能够准确区分状态ST1与ST3且端口对电源短路时，状态采集单元1采集到第一状态信息为对电源短路的状态ST3，对地短路时，采集到的第一状态信息为对地短路状态ST1；则该端口用作DI时，控制单元3只需判断状态采集单元1采集到第二状态信息是ST1还是ST3，即可得知DI输入的状态是对电源短路还是对地短路状态，由此同样可以通过对不同ST的反馈值的判断来准确获取外部DI端口的状态信息，即实现了DO/DI复用。
可以理解的是，对于输出逻辑值IN为TRUE或FALSE的状态时，状态采集单元1除了上述能够区分对地短路、开路、对电源短路三种情形中的两种外，还可以对三种情形都能有效地区分。
优选地，输入与输出复用端口还包括：驱动单元5，用于接收控制单元3的输出信号IN，并对输出信号IN进行功率放大，以达到可以驱动外部负载的需求。具体操作时，驱动单元5可以作为和输入与输出复用端口外部连接的接口单元。可以理解的是，状态采集单元1与驱动单元5是就功能层面进行划分的，实际应用时候，二者可以集成在一个芯片上，即，状态采集单元1与驱动单元5集成设置；当然，状态采集单元1与驱动单元5也可以根据需要分离设置。
优选地，控制单元3除了上述功能还可以基于状态采集单元1所反馈的第一状态信息实现对复用端口用作DO端口时的故障诊断功能，如对于能够准确识别正常状态、开路状态、对电源短路、对地短路的其中的一种或几种的准确识别，则对应可实现对DO的对电源短路、对地短路、开路其中一种或几种故障的准确诊断，即比较输出信号IN与第一状态信息而获取端口的健康状态（详见图2的解释说明），相应地，第一状态信息还包括正常状态，正常状态指控制单元3的输出信号与复用端口用作输出端口时的状态相同或相反（详见表1及表2中正常状态的例举）；
控制单元3包括：
比较子单元（图未示），用于比较第一状态信息与输出信号；
故障诊断子单元（图未示），用于根据比较子单元的比较结果确定复用端口的健康状态。
如图2所示，DO输出的逻辑值IN与DO端口的物理状态OUT存在如表1所示的映射关系，此时，通过在DO端口内部增加一个端口状态采集单元用于采集OUT的状态或选择具备端口状态反馈信息ST的DO驱动芯片如BTS824等代替如图2所示的晶体放大管T，即可获取端口的第一状态信息ST（也可以称为状态反馈信息），若第一状态信息ST与端口状态物理值是相同的关系，则此三者之间的对应关系如表2所示：
表1  DO逻辑值与物理值的映射关系
Figure BDA00001940127300061
表2  DO逻辑值、物理值及状态反馈信息的映射关系
DI功能的实施：由表2可以很容易得出如下实施方式，将DO端口的逻辑值输出为false，则对应端口接入的DI信号状态与ST的信号状态存在如表3所示的映射关系，由表3可知，通过对ST状态的检测可以得知端口DI状态，即通过逆推DI与ST状态映射关系实现端口的DI检测功能。
表3  DI物理值与端口状态反馈的映射关系
  DI   ST
  开路状态   H
  对地短路状态   L
综上，即通过具有如图2所示结构的端口电路实现了DO与低电平有效DI的复用。
本发明各实施例通过增加状态采集单元对端口状态数据采集并运用端口状态信息与端口物理信息的映射关系以实现DI/DO端口复用，能提升控制器的端口复用能力，具有结构简单、实施方便等优势；此外，还可以通过状态采集单元的反馈准确的获取端口状态的健康状态以实现故障诊断等功能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种输入与输出复用端口，其特征在于，包括：
状态采集单元（1），用于采集输入与输出复用端口外部的第一状态信息及第二状态信息；其中，所述第一状态信息为所述复用端口用作输出端口时的状态，所述第一状态信息包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态；
控制单元（3），用于接收所述状态采集单元（1）发送的第一状态信息及第二状态信息，并根据所述第二状态信息确定所述复用端口用作输入端口时的状态；其中，所述复用端口用作输入端口时的状态包括开路状态、对地短路状态、对电源短路状态。
2.根据权利要求1所述的输入与输出复用端口，其特征在于，还包括：
驱动单元（5），用于接收所述控制单元（3）的输出信号，并对所述输出信号进行功率放大。
3.根据权利要求2所述的输入与输出复用端口，其特征在于，所述驱动单元（5）为与所述输入与输出复用端口外部连接的接口单元。
4.根据权利要求2或3所述的输入与输出复用端口，其特征在于，所述状态采集单元（1）与所述驱动单元（5）集成设置或分离设置。
5.根据权利要求3所述的输入与输出复用端口，其特征在于，
所述第一状态信息还包括正常状态，所述正常状态指所述控制单元（3）的输出信号与所述复用端口用作输出端口时的状态相同或相反；
所述控制单元（3）包括：
比较子单元，用于比较所述第一状态信息与所述输出信号；
故障诊断子单元，用于根据所述比较子单元的比较结果确定所述复用端口的健康状态。
6.一种控制器，其特征在于，设置有如权利要求1-5中任一项所述的输入与输出复用端口。
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