CN103499937A

CN103499937A - 一种基于cpld的io站数字量输出模块

Info

Publication number: CN103499937A
Application number: CN201310452363.4A
Authority: CN
Inventors: 杨洪陶; 黄东; 郭亮; 于佳晨; 韩超
Original assignee: Institute of Software of CAS
Current assignee: Institute of Software of CAS
Priority date: 2013-09-28
Filing date: 2013-09-28
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明公开了一种基于CPLD的IO站数字量输出模块。本发明包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。本发明结构简单、成本低。采用高性能的复杂可编程逻辑器件实现8路高压数字量信号实时并行输出，实时性高、可靠性高。本发明可以在任何具有增强型SPI接口的设备上直接使用，实用性、通用性强。

Description

一种基于CPLD的IO站数字量输出模块

技术领域

本发明涉及一种基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件的灵活IO站数字量输出模块，特别涉及一种110V灵活IO站数字量输出模块。

背景技术

IO站是一种高密度的控制及采集模块，主要应用于高速列车的电气系统。一个标准的IO站包括网络控制器、控制模块（模拟及数字量输出模块）、采集模块（模拟及数字量输入模块）、连接背板四大部分。其中，网络控制器为IO站的核心，对外负责挂载通讯总线，对内负责与控制模块及采集模块通讯。网络控制器、控制模块、采集模块通过背板衔接在一起，组成一个标准的IO站。

IO站数字量输出模块是标准数字（开关）量输出模块，即DO模块的变形扩展应用,适用于高可靠性高密度的应用场合。目前，基于工控机的数字量输出模块和基于RS485总线的数字量输入模块通用的输出标准为不高于24V的驱动输出或者集电极开(OC)路输出，无法实现高电压（如110V）的数字量信号输出，故此无法直接进行高压数字量信号的控制。

发明内容

为了克服现有IO站数字量输出模块不能实现高电压（例如110V）数字量信号输出，本发明提供一种基于CPLD的灵活IO站数字量输出模块，该模块具有增强型SPI接口：即支持一主多从的SPI通讯架构。

本发明的技术方案为：

一种基于CPLD的IO站数字量输出模块，其特征在于包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。

进一步的，所述漏极开路驱动电路上级联有一保护电路。

进一步的，所述通信接口电路为一增强型SPI通信接口电路。

进一步的，所述增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议。

本发明在物理层，所有从设备的MISO引脚均为三态设计，以便空闲时能够实现MISO总线释放功能；在链路层，每个从设备有一唯一地址，主设备通过地址先导码指定访问对应从设备。此IO站数字输出模块包括复杂可编程逻辑器件CPLD、信号隔离电路、漏极开路驱动电路、信号保护电路和通信接口电路；网络控制器通过增强型SPI接口经背板与复杂可编程逻辑器件（CPLD）通讯，对应的控制指令经复杂可编程逻辑器件（CPLD）输出接口通过隔离电路连接到漏极开路驱动电路，经信号保护电路保护后控制高压（110V）数字量信号的输出。从而实现网络控制器通过增强型SPI接口进行高压（110V）数字量信号输出工作。本发明的灵活IO站数字量输入模块可以支持实时并行控制8路110V数字量信号输出工作。本发明的增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议，其中的漏极开路驱动电路由隔离电源模块、场效应管、三极管、电阻、电容组成；保护电路由瞬态抑制二极管组成；所述复杂可编程逻辑器件采用低功耗高可靠的的CPLD组成；通信接口电路由高精度匹配电阻、电容组成；隔离电路由光耦、电阻组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明结构简单、成本低。采用高性能的复杂可编程逻辑器件实现8路高压数字量信号实时并行输出，实时性高、可靠性高。本发明可以在任何具有增强型SPI接口的设备上直接使用，实用性、通用性强。

附图说明

图1是本发明8路高压灵活IO站数字量输出模块优选实施例的电路原理框图；

图2是本发明灵活IO站数字量输出模块中保护电路、漏极开路驱动电路、隔离电路的具体电路图；

图3是本发明灵活IO站数字量输入模块中CPLD以及通信接口电路具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明具体实施例的电路原理框图；如图1所示，其为8路110V灵活IO站数字量输出模块的电路原理图；其具有增强型SPI接口，包括复杂可编程逻辑器件CPLD、8路110保护电路、8路漏极开路驱动电路、8路隔离电路和增强型SPI通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件输出接口通过8路隔离电路分别连接到8路110V漏极开路驱动电路，复杂可编程逻辑器件通信接口通过增强型SPI总线连接至网络通信控制器，在8路110V漏极开路驱动电路上级联有8路110V保护电路。网络控制器经背板与可编程逻辑器件通讯，信号经CPLD解析后通过隔离电路推动漏极开路驱动电路，驱动信号经保护电路输出到110V数字量输出接口。从而实现网络控制器通过增强型SPI接口进行110V数字量信号采集工作。

图2是本发明灵活IO站数字量输入模块中保护电路、漏极开路驱动电路、隔离电路的具体电路图；如图所示，漏极开路驱动电路由隔离电源模块、场效应管、三极管、电阻、电容组成；保护电路由瞬态抑制二极管组成；隔离电路由光耦、电阻组成，隔离电路的输入为CPLD产生的TTL电平信号。图3是本发明灵活IO站数字量输入模块中CPLD以及通信接口电路具体实施例的电路原理图；其中可编程逻辑阵列采用低功耗、高可靠的CPLD组成，其接收从隔离电路输入的TTL电平信号，并通过扩展型SPI协议将数据传输给由精密电阻电容组成的匹配电路，进而传输给通信背板。在实际实现上，通信接口电路由低温漂高精度电阻、电容组成。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种基于CPLD的IO站数字量输出模块，其特征在于包括复杂可编程逻辑器件CPLD、漏极开路驱动电路、隔离电路和通信接口电路；所述复杂可编程逻辑器件CPLD输出接口通过所述隔离电路连接到所述漏极开路驱动电路，所述复杂可编程逻辑器件CPLD通信接口通过所述通信接口电路连接至网络通信控制器。

2.如权利要求1所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述漏极开路驱动电路上级联有一保护电路。

3.如权利要求1或2所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述通信接口电路为一增强型SPI通信接口电路。

4.如权利要求3所述的IO站数字量输出模块，其特征在于所述增强型SPI接口采用扩展SPI通信协议。