CN109240178B - 多种输入输出信号的功能板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于输入输出信号采集、处理、中转、输出的功能板卡，具体为多种输入输出信号的功能板卡。解决现有输入输出信号的功能板卡，其输入输出信号种类单一的问题。该功能板卡包括用于对外连接的连接器J1，连接器J1接入模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输入信号，模拟输入信号经模拟输入处理电路送入单片机，数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机，PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，单片机与CPLD芯片之间经并行数据总线连接，单片机经模拟输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经PWM输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经数字量输出处理电路与连接器J1连接。本发明特别适用于轨道交通牵引变流器控制系统。

Description

多种输入输出信号的功能板卡
技术领域
本发明涉及用于输入输出信号采集、处理、中转、输出的功能板卡，具体为多种输入输出信号的功能板卡。
背景技术
输入输出信号的功能板卡作为一种输入输出信号中转的功能板卡，在数据采集及控制领域有广泛应用，特别应用于轨道交通牵引变流器系统控制信号的数据采集应用方面。现有输入输出信号的功能板卡均为标准化产品，其输入输出信号的种类单一，如，输入输出信号都是模拟信号或者都是数字信号；而在变流器控制系统中，需要采集或输出的控制信号具有多样性，采集的输入信号不仅包括模拟量，还包括脉冲量、开关量等信号；输出信号不仅包括模拟量，还包括开关量、PWM等输出信号；造成现有产品实际选用时对现场安装条件的适应性不强，不能满足实际需求。
发明内容
本发明解决现有输入输出信号的功能板卡，其输入输出信号种类单一的问题，提供一种多种输入输出信号的功能板卡。
本发明是采用如下技术方案实现的：多种输入输出信号的功能板卡，包括用于对外连接的连接器J1，连接器J1接入模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输个入信号，模拟输入信号经模拟输入处理电路送入单片机，数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机，PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，单片机与CPLD芯片之间经并行数据总线连接，单片机经模拟输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经PWM输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经数字量输出处理电路与连接器J1连接，单片机还连有CAN接口，单片机内部有A/D转换模块。使用时，单片机通过CAN接口与上位机通过CAN总线进行数据通讯。模拟输入信号经过模拟输入处理电路，再经单片机内部A/D转换模块完成模拟输入信号数据采集；PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，由CPLD芯片读取并存储在出CPLD所定义寄存器里，然后由单片机经并行数据总线读取寄存器中数据而完成PWM输入信号数据采集；数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机而完成数字量输入信号数据采集；单片机将采集的模拟输入信号、PWM输入信号和数字量输入信号经CAN接口送入上位机，上位机根据采集的模拟输入信号、PWM输入信号和数字量输入信号进行运算处理，并向单片机返回模拟输出指令、PWM输出指令和数字量输出指令，按照这些指令单片机将模拟输出指令经模拟输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的模拟控制；单片机将PWM输出指令、数字量输出指令经并行数据总线送入CPLD芯片；CPLD芯片将PWM输出指令经PWM输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的PWM控制，将数字量输出指令经数字量输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的数字量控制。
本发明所述的功能板卡不仅能够实现模拟量数据采集和模拟量信号输出驱动，而且还能够实现频率输入信号和数字量输入信号采集，以及频率信号和数字量信号的输出，在提高控制系统适用性和实用性方面有较好的应用，也提高了整个控制系统的通用性和兼容性。本发明特别适用于轨道交通牵引变流器控制系统 ，也适用于其它有多种输入输出信号的应用场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的具体结构框图。
具体实施方式
多种输入输出信号的功能板卡，包括用于对外连接的连接器J1，连接器J1接入模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输入信号，模拟输入信号经模拟输入处理电路送入单片机，数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机，PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，单片机与CPLD芯片之间经并行数据总线连接，单片机经模拟输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经PWM输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经数字量输出处理电路与连接器J1连接，单片机还连有CAN接口，单片机内部有A/D转换模块。具体实施时，连接器J1采用HARTING F48型。模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输入信号分别为多路，作为实例模拟输入信号为四路，PWM输入信号为三路，数字量输入信号为二路，每个模拟输入信号经一路模拟输入处理电路送入单片机，每个数字量输入信号经一路数字量输入处理电路送入单片机，每个PWM输入信号经一路PWM输入处理电路送入CPLD芯片。模拟输出处理电路、数字量输出处理电路和PWM输出处理电路分别为多路，作为实例模拟输出处理电路为二路，数字量输出处理电路为一路，PWM输出处理电路为二路。CAN接口还与HARTING C96型的连接器J2连接，以进一步满足该功能板卡与上位机的连接需求。模拟输入信号可以兼容电压和电流信号，此功能可以通过修改处理电路参数实现兼容。功能板卡为3U标准板卡，尺寸为100mm×220mm。
模拟输入处理电路包括依次连接的信号调理电路和输出跟随器，信号调理电路将输入信号调理成0-5V或-5V-+5V。
模拟输出处理电路包括依次连接的D/A转换器、I/V转换电路和比例放大电路；单片机控制2路D/A转换器的时钟信号、片选信号和数据信号，实现2路模拟量信号输出。
数字量输入处理电路包括依次连接的电平变换电路、钳位保护电路和整形处理电路；数字量输入信号经过电平变换和钳位保护，整形后由单片机读取。
数字量输出处理电路包括依次连接的缓冲放大电路和功率驱动电路。
PWM输入处理电路包括依次连接的过压保护电路、限流电路、阈值保护电路、光耦隔离电路和整形处理电路；PWM输入信号进行幅值处理和实现过压保护功能，处理信号再经过光耦隔离电路，实现控制电路与系统回路的电气隔离，并且能够实现电平变换和整形处理。
PWM输出处理电路包括依次连接的比较电路、限幅保护电路和隔离电路，比较电路的输出与CPLD芯片之间连接有反馈电路。

Claims (9)

1.一种多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，包括用于对外连接的连接器J1，连接器J1接入模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输入信号，模拟输入信号经模拟输入处理电路送入单片机，数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机，PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，单片机与CPLD芯片之间经并行数据总线连接，单片机经模拟输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经PWM输出处理电路与连接器J1连接，CPLD芯片经数字量输出处理电路与连接器J1连接，单片机还连有CAN接口，单片机内部有A/D转换模块；
使用时，单片机通过CAN接口与上位机通过CAN总线进行数据通讯；模拟输入信号经过模拟输入处理电路，再经单片机内部A/D转换模块完成模拟输入信号数据采集；PWM输入信号经PWM输入处理电路送入CPLD芯片，由CPLD芯片读取并存储在出CPLD所定义寄存器里，然后由单片机经并行数据总线读取寄存器中数据而完成PWM输入信号数据采集；数字量输入信号经数字量输入处理电路送入单片机而完成数字量输入信号数据采集；单片机将采集的模拟输入信号、PWM输入信号和数字量输入信号经CAN接口送入上位机，上位机根据采集的模拟输入信号、PWM输入信号和数字量输入信号进行运算处理，并向单片机返回模拟输出指令、PWM输出指令和数字量输出指令，按照这些指令单片机将模拟输出指令经模拟输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的模拟控制；单片机将PWM输出指令、数字量输出指令经并行数据总线送入CPLD芯片；CPLD芯片将PWM输出指令经PWM输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的PWM控制，将数字量输出指令经数字量输出处理电路、连接器J1送出该功能板卡，用于相应的数字量控制。
2.根据权利要求1所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，连接器J1采用HARTING F48型。
3.根据权利要求2所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，模拟输入信号、数字量输入信号、PWM输入信号分别为多路；模拟输出处理电路、数字量输出处理电路和PWM输出处理电路分别为多路。
4.根据权利要求3所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，模拟输入信号为四路，PWM输入信号为三路，数字量输入信号为二路；模拟输出处理电路为二路，数字量输出处理电路为一路，PWM输出处理电路为二路。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，CAN接口还与HARTING C96型的连接器J2连接。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，模拟输入信号兼容电压和电流信号。
7.根据权利要求6所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，功能板卡为3U标准板卡，尺寸为100mm×220mm。
8.根据权利要求5所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，模拟输入处理电路包括依次连接的信号调理电路和输出跟随器；数字量输入处理电路包括依次连接的电平变换电路、钳位保护电路和整形处理电路；PWM输入处理电路包括依次连接的过压保护电路、限流电路、阈值保护电路、光耦隔离电路和整形处理电路。
9.根据权利要求8所述的多种输入输出信号的功能板卡，其特征在于，模拟输出处理电路包括依次连接的D/A转换器、I/V转换电路和比例放大电路；数字量输出处理电路包括依次连接的缓冲放大电路和功率驱动电路；PWM输出处理电路包括依次连接的比较电路、限幅保护电路和隔离电路，比较电路的输出与CPLD芯片之间连接有反馈电路。
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