CN109445367A - 一种伺服电机控制器的通用输入输出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种伺服电机控制器的通用输入输出电路，其包括电平输入电路和OC输出电路，电平输入电路分为A、B两组，每组为16路电平输入电路，16路电平输入电路由两个八位输入电路组成，两个八位输入电路共用一个地址线，电平输入电路的四个八位输入电路均具有相同的结构；OC输出电路分为A、B两组，每组为16路OC输出电路，16路OC输出电路由两个八位输出电路组成，两个八位输出电路共用一个地址线，OC输出电路的四个八位输出电路均具有相同的结构；电平输入电路、OC输出电路均连接至16位数据总线上，通过数据总线与伺服电机控制器的处理器连接。本发明使伺服电机控制器最大支持四个脉冲型交流伺服电机，还可以进行更多IO点的检测与控制。

Description

一种伺服电机控制器的通用输入输出电路
技术领域
本发明涉及伺服电机控制器技术领域，尤其是涉及一种伺服电机控制器的通用输入输出电路。
背景技术
随着工业自动化的进程加快，伺服电机因具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性等优点，已经被广泛的应用于各个行业的自动控制系统和自动检测系统中，而行业的发展快慢则很大程度上依赖于伺服电机的发展。在自动控制系统中，伺服电机的作用是把控制电压信号转换为机械移动，也就是把接收到的电压信号转变成该电机的一定转速或角位移。伺服电机控制器是用来控制伺服电机的一种控制器，属于伺服系统的一部分，其一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。
现有技术中的伺服电机控制器存在较少或者未预留通用IO，无法满足更大的控制方案。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种伺服电机控制器的通用输入输出电路。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种伺服电机控制器的通用输入输出电路，其包括电平输入电路和OC输出电路，电平输入电路分为A、B两组，每组为16路电平输入电路，16路电平输入电路由两个八位输入电路组成，两个八位输入电路共用一个地址线，电平输入电路的四个八位输入电路均具有相同的结构；OC输出电路分为A、B两组，每组为16路OC输出电路，16路OC输出电路由两个八位输出电路组成，两个八位输出电路共用一个地址线，OC输出电路的四个八位输出电路均具有相同的结构；电平输入电路、OC输出电路均连接至16位数据总线D15:D0上，通过数据总线与伺服电机控制器的处理器连接。
所述的伺服电机控制器的通用输入输出电路，其八位输入电路包括连接器J1、CMOS总线收发器U9以及连接在二者之间的第一路输入电路～第八路输入电路，第一路输入电路包括发光二极管D1、电阻R1、光耦U1、电阻R2和3个限流电阻排，发光二极管D1的负极与连接器J1的引脚2连接，正极通过限流电阻排PR1的一个电阻与电源VCC1连接，电阻R1一端与连接器J1的引脚2连接，另一端与光耦U1的负输入端连接且通过限流电阻排PR2的二脚电阻与电源VCC1连接；光耦U1的正输入端与电源VCC1连接，负输出端接地，正输出端通过电阻R2与CMOS总线收发器U9的数据输入端引脚2连接，且通过限流电阻排PR3的二脚电阻与电源VCC1连接，电阻R2与CMOS总线收发器U9连接的一端还通过电容C1接地，CMOS总线收发器U9的VCC引脚接电源VCC2，EA引脚接地址总线IO_ADD0；第二路输入电路～第八路输入电路与第一路输入电路的结构相同，分别一一对应接在连接器J1的多个引脚、CMOS总线收发器U9的多个输入端口之间；四个八位输入电路的四个CMOS总线收发器的多个输出端通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输入端口连接。
所述的伺服电机控制器的通用输入输出电路，其八位输出电路包括锁存器U13、连接器J2以及连接在二者之间的第一路输出电路～第八路输出电路，第一路输出电路包括电阻R17、光耦U17、场效应管Q1、自恢复保险丝F2、发光二极管D9、二极管D10和3个限流电阻排，锁存器U13的复位信号输入端（引脚RST）经电阻R16接电源VCC2，经电容C9接地，电源VCC2、电阻R16与电容C9构成上电复位电路；锁存器U13的CLK端接地址总线IO_ADD3；锁存器U13的引脚2通过电阻R17与光耦U17的正输入端连接，光耦U17的负输入端接地，正输出端通过电阻排PR4的一个电阻与电源VCC1连接，负输出端接场效应管Q1的栅极且通过电阻排PR6的一个电阻接大功率电阻R25后接地；场效应管Q1的源极经电阻R25接地，漏极经自恢复保险丝F2连接连接器J2的2脚；发光二极管D9负极接自恢复保险丝F2，正极经电阻排PR5的一个电阻与电源VCC1连接，二极管D10负极接电源VCC1，正极接连接器J2的2脚；第二路输出电路～第八路输出电路与第一路输出电路的结构相同，分别一一对应接在锁存器U13的多个输出端口、连接器J2的多个引脚之间；四个八位输出电路的四个锁存器U13的多个输入端口通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输出端口连接。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
该伺服电机控制器的通用输入输出电路，其伺服电机控制器预留了32位通用输入电路和32位通用输出电路，不仅用于伺服电机的控制，还可以进行更多IO点的检测与控制，减少其他控制器，如PLC的使用；伺服电机控制器用于脉冲型伺服电机的控制，应用于注塑机机械臂、钢筋弯箍机、点胶机等由脉冲型伺服电机驱动的设备，最大支持四个脉冲型交流伺服电机，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明伺服电机控制器的通用输入输出电路的应用示意图；
图2是本发明伺服电机控制器的通用输入输出电路的整体结构图；
图3是本发明中的八位输入电路的电路原理图；
图4是本发明中的八位输出电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1、2、3、4所示，该伺服电机控制器的通用输入输出电路，其包括电平输入电路和OC输出电路，电平输入电路分为A、B两组，每组为16路电平输入电路，16路电平输入电路由两个八位输入电路组成，其中，输入信号InA：D7-D0、InA：D15-D8送到A组的两个八位输入电路，占用一个地址线Add0，输入信号InB：D7-D0、InB：D15-D8送到B组的两个八位输入电路，占用一个地址线Add1，电平输入电路的四个八位输入电路均具有相同的结构；OC输出电路（集电极开路）分为A、B两组，每组为16路OC输出电路，16路OC输出电路由两个八位输出电路组成，其中，输出信号OutA：D7-D0、OutA：D15-D8由两个八位输出电路产生，占用一个地址线Add3，输出信号OutB：D7-D0、OutB：D15-D8由两个八位输出电路产生，占用一个地址线Add2，OC输出电路的四个八位输出电路均具有相同的结构；电平输入电路、OC输出电路均连接至16位数据总线D15:D0上，通过数据总线与伺服电机控制器的处理器连接。
上述的第一个八位输入电路，其包括连接器J1、CMOS总线收发器U9以及连接在二者之间的第一路输入电路～第八路输入电路，第一路输入电路包括发光二极管D1、电阻R1、光耦U1、电阻R2和3个限流电阻排，发光二极管D1的负极与连接器J1的引脚2连接，正极通过限流电阻排PR1的一个电阻与电源+24EX （VCC1）连接，通过发光二极管D1作为输入指示电路，连接器J1的2脚输入0电平时，发光二极管D1发光，连接器J1的2脚输入24V电平时，发光二极管D1不发光；电阻R1一端与连接器J1的引脚2连接，另一端与光耦U1的负输入端连接且通过限流电阻排PR2的二脚电阻与电源+24EX（VCC1）连接，光耦U1的正输入端与电源+24EX连接，负输出端接地，正输出端通过电阻R2与CMOS总线收发器U9的数据输入端引脚2连接，且通过限流电阻排PR3的二脚电阻与电源+24EX连接，电阻R2与CMOS总线收发器U9连接的一端还通过电容C1接地，CMOS总线收发器U9的VCC引脚接电源+5V（VCC2），EA引脚接地址总线IO_ADD0；第二路输入电路～第八路输入电路与第一路输入电路的结构相同，分别一一对应接在连接器J1的多个引脚、CMOS总线收发器U9的多个输入端口之间；四个八位输入电路的四个CMOS总线收发器的多个输出端通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输入端口连接。
连接器J1的2脚输入0电平时，光耦U1内部的发光二极管发光；光耦U1的正输出端（引脚4）输出信号经电阻R2和电容C1构成的滤波电路送至CMOS总线收发器U9的输入端（引脚2），当地址信号IO_ADD0为低电平时，数据由CMOS总线收发器U9的输入端口A1传至输出端口B1，即总线数据D0；同理，总线数据D1～D7的数据传输过程与总线数据D0相同；第二个八位输入电路具有CMOS总线收发器U10，控制地址信号为IO_ADD0，第三个八位输入电路、第四个八位输入电路分别具有CMOS总线收发器U11、CMOS总线收发器U12，二者的控制地址信号为IO_ADD1，总线数据D8～D15的数据传输过程与总线数据D0～D7相同。
第一个八位输入电路中光耦U1 ～光耦U8的型号为P291，其他三个八位输入电路中光耦的型号与上述的光耦U1 ～光耦U8的型号相同；CMOS总线收发器U9、CMOS总线收发器U10、CMOS总线收发器U11、CMOS总线收发器U12的型号均为74HC245。
上述的第一个八位输出电路，其包括锁存器U13、连接器J2以及连接在二者之间的第一路输出电路～第八路输出电路，第一路输出电路包括电阻R17、光耦U17、场效应管Q1、自恢复保险丝F2、发光二极管D9、二极管D10和3个限流电阻排，锁存器U13的复位信号输入端（引脚RST）经电阻R16接电源+5V （VCC2），经电容C9接地，电源VCC2、电阻R16与电容C9构成上电复位电路，系统上电时，C9的上端产生一个低电平信号，送至锁存器U13的复位信号输入端（引脚1），将输出信号端Q0～Q7清零，防止错误输出；锁存器U13的CLK端接地址总线IO_ADD3，当锁存器U13的CLK端收到一个脉冲的上升沿时，数据由D0~D7刷新到Q0~Q7，上升沿过后，Q0~Q7保持不变；锁存器U13的引脚2通过电阻R17与光耦U17的正输入端连接，光耦U17的负输入端接地，当锁存器U13的2脚为高电平时，光耦U17内部的发光二极管接通而发光，正输出端通过电阻排PR4的一个电阻与电源VCC1+24EX连接，负输出端接场效应管Q1的栅极且通过电阻排PR6的一个电阻接大功率电阻R25后接地；场效应管Q1的源极经电阻R25接地，漏极经自恢复保险丝F2连接连接器J2的2脚；发光二极管D9负极接自恢复保险丝F2，正极经电阻排PR5的一个电阻与电源VCC1+24EX连接，二极管D10负极接电源VCC1+24EX，正极接连接器J2的2脚，二极管D10为外接继电器的续流二极管；第二路输出电路～第八路输出电路与第一路输出电路的结构相同，分别一一对应接在锁存器U13的多个输出端口、连接器J2的多个引脚之间；第二个八位输出电路具有锁存器U14，锁存器U14的CLK端接地址总线IO_ADD3，第二个八位输出电路、第四个八位输出电路分别具有锁存器U15、锁存器U16，锁存器U15、锁存器U16的CLK端接地址总线IO_ADD2，四个八位输出电路的四个锁存器U13的多个输入端口通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输出端口连接，四个八位输出电路的输出端通过继电器驱动脉冲型伺服电机运行。
第一个八位输出电路中的光耦U17～光耦U24的型号为P291，场效应管Q1～场效应管Q8的型号为BD681，其他三个八位输出电路中光耦的型号与上述的光耦U17 ～光耦U24的型号相同，场效应管的型号与上述的场效应管Q1～场效应管Q8的型号相同；上述的四个八位输出电路中的锁存器U13、锁存器U14、锁存器U15、锁存器U16的型号为74HC273。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或者变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种伺服电机控制器的通用输入输出电路，其特征是：其包括电平输入电路和OC输出电路，电平输入电路分为A、B两组，每组为16路电平输入电路，16路电平输入电路由两个八位输入电路组成，两个八位输入电路共用一个地址线，电平输入电路的四个八位输入电路均具有相同的结构；OC输出电路分为A、B两组，每组为16路OC输出电路，16路OC输出电路由两个八位输出电路组成，两个八位输出电路共用一个地址线，OC输出电路的四个八位输出电路均具有相同的结构；电平输入电路、OC输出电路均连接至16位数据总线D15:D0上，通过数据总线与伺服电机控制器的处理器连接。
2.根据权利要求1所述的伺服电机控制器的通用输入输出电路，其特征是：其八位输入电路包括连接器J1、CMOS总线收发器U9以及连接在二者之间的第一路输入电路～第八路输入电路，第一路输入电路包括发光二极管D1、电阻R1、光耦U1、电阻R2和3个限流电阻排，发光二极管D1的负极与连接器J1的引脚2连接，正极通过限流电阻排PR1的一个电阻与电源VCC1连接，电阻R1一端与连接器J1的引脚2连接，另一端与光耦U1的负输入端连接且通过限流电阻排PR2的二脚电阻与电源VCC1连接；光耦U1的正输入端与电源VCC1连接，负输出端接地，正输出端通过电阻R2与CMOS总线收发器U9的数据输入端引脚2连接，且通过限流电阻排PR3的二脚电阻与电源VCC1连接，电阻R2与CMOS总线收发器U9连接的一端还通过电容C1接地，CMOS总线收发器U9的VCC引脚接电源VCC2，EA引脚接地址总线IO_ADD0；第二路输入电路～第八路输入电路与第一路输入电路的结构相同，分别一一对应接在连接器J1的多个引脚、CMOS总线收发器U9的多个输入端口之间；四个八位输入电路的四个CMOS总线收发器的多个输出端通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输入端口连接。
3.根据权利要求1所述的伺服电机控制器的通用输入输出电路，其特征是：其八位输出电路包括锁存器U13、连接器J2以及连接在二者之间的第一路输出电路～第八路输出电路，第一路输出电路包括电阻R17、光耦U17、场效应管Q1、自恢复保险丝F2、发光二极管D9、二极管D10和3个限流电阻排，锁存器U13的复位信号输入端（引脚RST）经电阻R16接电源VCC2，经电容C9接地，电源VCC2、电阻R16与电容C9构成上电复位电路；锁存器U13的CLK端接地址总线IO_ADD3；锁存器U13的引脚2通过电阻R17与光耦U17的正输入端连接，光耦U17的负输入端接地，正输出端通过电阻排PR4的一个电阻与电源VCC1连接，负输出端接场效应管Q1的栅极且通过电阻排PR6的一个电阻接大功率电阻R25后接地；场效应管Q1的源极经电阻R25接地，漏极经自恢复保险丝F2连接连接器J2的2脚；发光二极管D9负极接自恢复保险丝F2，正极经电阻排PR5的一个电阻与电源VCC1连接，二极管D10负极接电源VCC1，正极接连接器J2的2脚；第二路输出电路～第八路输出电路与第一路输出电路的结构相同，分别一一对应接在锁存器U13的多个输出端口、连接器J2的多个引脚之间；四个八位输出电路的四个锁存器U13的多个输入端口通过数据总线D0: D15与伺服电机控制器的处理器MCU的输出端口连接。
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