CN108803759A - 控制接口转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了控制接口转换电路，包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电路、光耦继电器电路，PLC信号进入电平转换电路，所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接，所述倍频电路与差分信号的电路连接，所述差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接，所述整形电路与光耦继电器电路连接；所述电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平，倍频电路用于锁相倍频；差分信号电路用于抑制共模干扰信号；整形电路用于对信号波形进行整形；光耦继电器电路用于数字信号的传输。本发明通过倍频电路、控制电路以及差分信号电路将信号分离开，提高控制信号的脉冲频率。

Description

控制接口转换电路

技术领域

本发明涉及电路领域，具体涉及控制接口转换电路。

背景技术

直线伺服电机是国内外近年来发展起来的一种新型电机。伺服电动机又称为执行电动机。 直线伺服电机能把输入电信号(又称为控制信号)变换成位移或速度输出，改变控制信号就可 改变动子的直线位移量、位移方向和速度，从而改变直线伺服电机的位移量、位移方向和速 度。

通常，直线伺服电机工作在位置控制方式下，即利用脉冲加方向信号去控制直线伺服电 机的运行。在这种控制方式下，不但可以通过控制脉冲数量来控制直线伺服电机的位置，而 且可以通过调节脉冲的频率来控制其速度。然而，直线伺服电机的控制信号通常来源于工业 PLC,这种情况下，一方面，由于PLC输出控制信号电压和直线伺服电机接收的控制信号电压 不同，因此须进行电平转换；另一方面，直线伺服电机为了提高其定位精度和运动平稳性， 通常需将其电子齿轮比设置尽量小，但此时若要保证运动速度不变，就必需要提高控制信号 脉冲频率。现有技术中由于采用无差别信号传输，控制信号脉冲频率无法进一步提高，无法 满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中由于采用无差别信号传输，控制信号脉冲频率 无法进一步提高，无法满足要求，目的在于提供控制接口转换电路，将信号分离开，提高控 制信号的脉冲频率。

本发明通过下述技术方案实现：

控制接口转换电路，包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电 路、光耦继电器电路，PLC信号进入电平转换电路，所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接，所述倍频电路与差分信号的电路连接，所述差分信号电路和控 制电路分别与整形电路连接，所述整形电路与光耦继电器电路连接；所述电平转换电路用于 将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平，所述倍频电路用于锁相倍频；所 述差分信号电路用于抑制共模干扰信号；所述整形电路用于对信号波形进行整形；所述光耦 继电器电路用于数字信号的传输。

进一步地，倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻 R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9，所述锁相环U1采用NE564， 计数器U2、计数器U3均采用74LS393；锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12 和电容VC1；所述电容C6一端为信号输入端，其另一端连接锁相环U1的5引脚；所述锁相 环U1的3引脚连接计数器U2的3引脚，计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚，技 术其U2的2引脚连接计数器U3的2引脚，计数器U3的1引脚连接电阻R6，电阻R6连接 计数器U3端的另一端接地；所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连 接的线路上，另一个固定端连接电容C8，电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3， 电阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2，电容C2连接电阻R3端的另一端接地；锁相 环U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上；电容C1一端接正5V电源同时还连 接在电容C2与电阻R3连接的线路上，其另一端接地；电容C7一端连接在电阻R3与电容 C8连接的线路上，其另一端连接在三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接在电容C1与 电容C2连接的线路上；电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R8一端连接 三极管Q1的基极，其另一端接地；所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端，电阻R9 的另一端与三极管Q1的发射极连接；电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路 上，其另一端为信号输出端。

进一步地，控制接口转换电路，还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5，所述电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上，其另一个固定 端接地；电阻R2一端连接电位器RW1的活动端，其另一端连接锁相环U1的2引脚，电容 C3一端连接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上，其另一端接地；所述电容C4一端连接锁 相环U1的5引脚，电容C4的另一端接地；所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚，电 容C5的另一端接地。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明通过倍频电路、控制电路 以及差分信号电路将信号分离开，提高控制信号的脉冲频率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构框图；

图2为本发明倍频电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。

实施例

如图1至图2所示，控制接口转换电路，包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、 控制电路、整形电路、光耦继电器电路，PLC信号进入电平转换电路，所述倍频电路、差分 信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接，所述倍频电路与差分信号的电路连接，所述 差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接，所述整形电路与光耦继电器电路连接；所述 电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平，所述倍频电路 用于锁相倍频；所述差分信号电路用于抑制共模干扰信号；所述整形电路用于对信号波形进 行整形；所述光耦继电器电路用于数字信号的传输。

倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容 C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻R3、电阻 R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9，所述锁相环U1采用NE564，计数器 U2、计数器U3均采用74LS393；锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12和电 容VC1；所述电容C6一端为信号输入端，其另一端连接锁相环U1的5引脚；所述锁相环 U1的3引脚连接计数器U2的3引脚，计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚，技术其 U2的2引脚连接计数器U3的2引脚，计数器U3的1引脚连接电阻R6，电阻R6连接计数 器U3端的另一端接地；所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连接的 线路上，另一个固定端连接电容C8，电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3，电 阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2，电容C2连接电阻R3端的另一端接地；锁相环 U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上；电容C1一端接正5V电源同时还连接 在电容C2与电阻R3连接的线路上，其另一端接地；电容C7一端连接在电阻R3与电容C8 连接的线路上，其另一端连接在三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接在电容C1与电 容C2连接的线路上；电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R8一端连接三 极管Q1的基极，其另一端接地；所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端，电阻R9的 另一端与三极管Q1的发射极连接；电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路上， 其另一端为信号输出端。

控制接口转换电路，还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5，所述 电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上，其另一个固定端接地； 电阻R2一端连接电位器RW1的活动端，其另一端连接锁相环U1的2引脚，电容C3一端连 接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上，其另一端接地；所述电容C4一端连接锁相环U1 的5引脚，电容C4的另一端接地；所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚，电容C5的 另一端接地。

利用PLC输出的方向信号D、脉冲信号P和控制信号C，就可以完成对直线伺服电机运 行状态的控制。为了解决直线伺服电机和PLC接口兼容问题，以及使得直线伺服电机工作在 最佳状态，首先需要对PLC的3种输出信号进行电平转换，再者需要提高PLC输出的脉冲 信号频率，最后为了提高抗干扰能力，需要将PLC输出的方向信号和脉冲信号转换为差分信 号D+、D-和P+、P-。因此，整个系统的硬件由3大部分组成电平转换电路、倍频电路分和差分信号电路。由于PLC输出为+24V电平信号，而直线伺服电机所接收的信号电平为+5V，为此须进行电平转换。在该设计中，采用高速光耦6N137组成电平转换电路。6N137的隔离电压为3kV，频率在10MHz以上，而且每个芯片仅提供一个隔离通道。采用高速光耦6N137 可以达到两种目的，一是进行电平转换；二是隔离PLC输出信号和后续电路的输入信号，防 止干扰。另外，在此电路中，采用74HC14对6N137的输出信号进行整形。

差分信号电路有较强地抑制共模干扰信号能力。因此,差分信号对外部电磁干扰(EMI)是 高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。电压差异决定信号值， 这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信 号生成的EMI还要少。

为了保证系统稳定的工作，需对PLC控制器输出的经过倍频以后的脉冲信号和经电平转 换电路转换以后的方向信号进行以下转换：一是将倍频以后的脉冲信号P差分为P+，P-信号 对，用于直线伺服电机位置控制；二是将方向信号D差分为D+，D-信号对；用于控制直线 伺服电机的运动方向。

电路设计使用AM26LS31C四差动线驱动器。AM26LS31C由4个互补的线驱动器组成,其具有驱动能力强、5V单电源供电的特点；并可以通过1个公共使能端控制4个驱动器输出三态(高电平/低电平/高阻态)。在方向信号输出采用光藕继电器AA31,以提高方向信号的驱动 能力。

倍频电路原理分析：进行32倍频实验时，500KHZ正弦信号由INPUT输入，经过压控振荡器VCO后由9输出，进入到74LS393进行32分频处理，处理之后的分频信号再由3引 脚输出，后由NE564的3引脚输入。NE564的3引脚输入的分频信号与6引脚输入的参考信 号进入进行鉴频，调节滑动变阻器，从而调节误差电压使输出误差电压控制VCO,最终使VCO 输出32oRff＝的频率，达到倍频目的。在输出端接入示波器，观察波形，便可得到16MHZ的 方波信号，从而得到实验所需数据，完成实验。

当进行2倍频时电路改为74LS393 IC32B的3脚连接NE564的3脚；当进行4倍频时电路修改为74LS393 IC32B的4脚连接NE564的3脚；当进行8倍频时电路修改为 74LS393IC32B的5脚连接NE564的3脚；当进行16倍频时电路修改为74LS393 IC32B的6 脚连接NE564的3脚；当进行64倍频时电路修改为74LS393 IC32A的4脚连接NE564的3 脚。

由于NE564的最高工作频率为50MHz，所以虽然该设计理论上能够达到128倍频，256 倍频，但实际上当NE564的工作频率大于50MHz时，该设计电路不可用。

由IN输入500KHz的纯载波(大小约0dBm)，作为参考信号。首先将NE564的3脚与 计数器U3-74LS393的3脚连接起来，组成2倍频实验电路，此时NE564的12脚与13脚跨 接625PF的电容，调节可调电容VC1，使从OUT处测得的信号频率为1MHz(74LS393的1 脚输入信号保持在2.4V左右)。调节的方法为：用示波器同时在IN和NE564的3脚处观察 输入信号和分频信号，若输入信号为正弦波，则分频信号为方波，调节可调电容VC1，使两 信号同频，此时即输出1MHz的信号。其次，再连接NE564的3脚与74LS393 IC32A的3 脚连接起来，组成32倍频实验电路。观察锁相环同步过程，失锁过程，再同步过程。

用示波器同时在IN和NE564的3脚处观察输入信号和分频信号，改变输入信号频率(以 10KHz为步进)。首先增大输入信号频率Rf，在示波器上观测两波形，开始时，两波形同步 移动，此时处于同步跟踪状态。当增大到一定值的时候，只有输入信号在移动，此时处于失 锁状态，记下此时的Rf值。然后再减小输入信号频率Rf直至进入锁定状态(两波形同时移 动)，调节RW1。在增大输入信号频率Rf直至失锁，记下此时的Rf值。重复上述步骤，比 较两次的Rf值大小，找到最大的Rf值，即此NE564的同步带。

射极电压跟随器是共集电极电路，R7和R8为三极管设置静态工作点，R9负反馈稳定静 态工作点，C11滤波电容。射极电压跟随器的特点：电压同相输出，放大倍数约等于1且小 于1，输入电阻大，输出电阻小，负载能力比较强，能够起到隔离的作用。当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除负载对输出电压的影响，因此射极跟随器常做输出极使用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.控制接口转换电路，其特征在于，包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电路、光耦继电器电路，PLC信号进入电平转换电路，所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接，所述倍频电路与差分信号的电路连接，所述差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接，所述整形电路与光耦继电器电路连接；所述电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平，所述倍频电路用于锁相倍频；所述差分信号电路用于抑制共模干扰信号；所述整形电路用于对信号波形进行整形；所述光耦继电器电路用于数字信号的传输。

2.根据权利要求1所述的控制接口转换电路，其特征在于，所述倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9，所述锁相环U1采用NE564，计数器U2、计数器U3均采用74LS393；锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12和电容VC1；所述电容C6一端为信号输入端，其另一端连接锁相环U1的5引脚；所述锁相环U1的3引脚连接计数器U2的3引脚，计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚，技术其U2的2引脚连接计数器U3的2引脚，计数器U3的1引脚连接电阻R6，电阻R6连接计数器U3端的另一端接地；所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连接的线路上，另一个固定端连接电容C8，电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3，电阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2，电容C2连接电阻R3端的另一端接地；锁相环U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上；电容C1一端接正5V电源同时还连接在电容C2与电阻R3连接的线路上，其另一端接地；电容C7一端连接在电阻R3与电容C8连接的线路上，其另一端连接在三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接在电容C1与电容C2连接的线路上；电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R8一端连接三极管Q1的基极，其另一端接地；所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端，电阻R9的另一端与三极管Q1的发射极连接；电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路上，其另一端为信号输出端。

3.根据权利要求2所述的控制接口转换电路，其特征在于，还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5，所述电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上，其另一个固定端接地；电阻R2一端连接电位器RW1的活动端，其另一端连接锁相环U1的2引脚，电容C3一端连接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上，其另一端接地；所述电容C4一端连接锁相环U1的5引脚，电容C4的另一端接地；所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚，电容C5的另一端接地。