CN207352398U - 通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置，涉及工业自动化技术领域，包括输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、金属氧化物半导体场效应晶体MOS管开关电路，输出光耦隔离电路分别与外部端口和MOS管开关电路的一端相连，MOS管开关电路的另一端分别与外部端口和输出光耦隔离电路相连，当外部端口配置为输入口时，输入光耦隔离电路导通并传输传感器信号，当外部端口配置为输出口时，输出光耦隔离电路导通并传输电平信号。本实用新型通过将连个独立的输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路整合在一起，可以实现输入输出复用功能，避免端口的浪费。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业自动化技术领域，尤其是涉及通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置。
背景技术
在工业产品的应用场景中，常常需要对一些开关量输入信号进行检测，同时也要对外部的负载进行输出控制。通常采用的是总线控制器加扩展模块的方案，所以目前市面上用的都是一些总线型的16点或者32点数字量输入模块、数字量输出模块、以及数字量输入输出模块，他们都有一点局限性，就是输入口就只能用于输入，输出口就只能用于输出，没有复用功能。比如说对于大部分客户来说，他们既需要开关量输入信号检测，也要进对外部负载进行控制。然而输入点数跟输出点数是由实际需要决定的，这时候客户就需要统计有多少个输入点和多少个输出点，然后需要花费较多的时间去完成模块的选型来满足对应的点数，以达到资源合理利用以及节约成本的目的，但是这样也很难避免造成输入口或者输出口的浪费。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置，通过将两个独立的输入电路和输出电路整合在一起，以实现输入输出复用功能，避免端口的浪费。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种通用数字输入输出复用电路，其中，包括：输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、金属氧化物半导体场效应晶体MOS管开关电路；
所述输出光耦隔离电路分别与外部端口和所述MOS管开关电路的一端相连，所述MOS管开关电路的另一端分别与所述外部端口和所述输出光耦隔离电路相连；
当所述外部端口配置为输入口时，所述输入光耦隔离电路导通并输入传感器信号；
当所述外部端口配置为输出口时，所述输出光耦隔离电路导通并输出电平信号。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述输入光耦隔离电路包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器U1：
所述光电耦合器U1的一端分别与所述电阻R1的一端和所述外部端口相连，所述电阻R1的另一端接24V电压，所述光电耦合器U1的另一端分别与输入端口和所述电阻R2的一端相连并接地，所述电阻R2的另一端接3.3V电压。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述输出光耦隔离电路包括电阻R3、电阻R4和光电耦合器U2；
所述光电耦合器U2的一端分别与所述电阻R3的一端和输出端口相连，所述电阻R3的另一端接3.3V电压，所述光电耦合器U2的另一端与所述电阻R4的一端相连并接24V电压，所述电阻R4的另一端与所述MOS管开关电路相连。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，MOS管开关电路包括电阻R5和MOS管Q1；
所述电阻R5的一端分别与所述输出光耦隔离电路和所述MOS管Q1的栅极相连，所述电阻R5的另一端接地，所述MOS管Q1的漏极分别与所述外部端口和所述输入光耦隔离电路相连，所述MOS管Q1的源极接地。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当所述外部端口配置为所述输入口，且所述传感器信号为低电平信号时，所述输入光耦隔离电路导通，所述输入端口将高电平信号变为所述低电平信号。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当所述外部端口配置为所述输出口，且所述电平信号为低电平信号时，所述输出端口输出所述低电平信号，所述输出光耦隔离电路导通，所述MOS管开关电路打开并导通所述外部端口所连接的负载。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述输出端口与单片机引脚相连。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述外部端口与传感器或者负载相连。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，光电耦合器U1和光电耦合器U2反向设置。
第二方面，本实用新型实施例还提供一种输入输出控制装置，其中，包括总线控制器和应用上述通用数字输入输出复用电路的总线扩展模块，所述总线控制器通过工业总线与所述总线扩展模块相连。
本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型提供的通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置，包括输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、金属氧化物半导体场效应晶体MOS管开关电路，输出光耦隔离电路分别与外部端口和MOS管开关电路的一端相连，MOS管开关电路的另一端分别与外部端口和输出光耦隔离电路相连，当外部端口配置为输 入口时，输入光耦隔离电路导通并传输传感器信号，当外部端口配置为输出口时，输出光耦隔离电路导通并传输电平信号。本实用新型通过将连个独立的输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路整合在一起，可以实现输入输出复用功能，避免端口的浪费。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的通用数字输入输出复用电路示意图；
图2为本实用新型实施例一提供的通用数字输入输出复用电路结构图；
图3为本实用新型实施例二提供的通用数字输入电路结构示意图；
图4为本实用新型实施例二提供的通用数字输出电路结构示意图。
图标：
100-外部端口；200-输入光耦隔离电路；300-MOS管开关电路；400-输出光耦隔离电路。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在工业产品的应用场景中，常常需要对一些开关量输入信号进行检测，同时也要对外部的负载进行输出控制。通常采用的是总线控制器加扩展模块的方案，所以目前市面上用的都是一些总线型的16点或者32点数字量输入模块、数字量输出模块、以及数字量输入输出模块，他们都有一点局限性，就是输入口就只能用于输入，输出口就只能用于输出，没有复用功能。比如说对于大部分客户来说，他们既需要开关量输入信号检测，也要进对外部负载进行控制。然而输入点数跟输出点数是由实际需要决定的，这时候客户就需要统计有多少个输入点和多少个输出点，然后需要花费较多的时间去完成模块的选型来满足对应的点数，以达到资源合理利用以及节约成本的目的，但是这样也很难避免造成输入口或者输出口的浪费。
基于此，本实用新型实施例提供的通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置，通过将连个独立的输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路整合在一起，以实现输入输出复用功能，避免端口的浪费。
为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的通用数字输入输出复用电路进行详细介绍。
实施例一：
图1为本实用新型实施例一提供的通用数字输入输出复用电路示意图。
参照图1，通用数字输入输出复用电路包括：输入光耦隔离电路200、输出光耦隔离电路400、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体)管开关电路300。
输出光耦隔离电路400分别与外部端口100(Port)和MOS管开关电路300的一端相连，MOS管开关电路300的另一端分别与外部端口100和输出光耦隔离电路400相连。
当外部端口100配置为输入口时，输入光耦隔离电路200导通并输入传感器信号；当外部端口100配置为输出口时，输出光耦隔离电路400导通并输出电平信号。
具体的，参照图2，输入光耦隔离电路200包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器U1：
光电耦合器U1的一端分别与电阻R1的一端和Port相连，电阻R1的另一端接24V电压，光电耦合器U1的另一端分别与输入端口IN和电阻R2的一端相连并接地，电阻R2的另一端接3.3V电压。
输出光耦隔离电路400包括电阻R3、电阻R4和光电耦合器U2；
光电耦合器U2的一端分别与电阻R3的一端和输出端口OUT相连，电阻R3的另一端接3.3V电压，光电耦合器U2的另一端与电阻R4的一端相连并接24V电压，电阻R4的另一端分别与MOS管开关电路300中的电阻R5和MOS管Q1相连。
MOS管开关电路300包括电阻R5和MOS管Q1；
电阻R5的一端分别与输出光耦隔离电路400中的电阻R4和MOS管Q1的栅极相连，电阻R5的另一端接地，MOS管Q1的漏极分别与Port和输入光耦隔离电路200中的光电耦合器U1相连，MOS管Q1的源极接地。
本实施例通过将连个独立的输入光耦隔离电路200和输出光耦隔离电路400整合在一起，实现Port既可以作为输入，也可以作为输出，能够避免端口的浪费。
实施例二：
图3为本实用新型实施例二提供的通用数字输入电路结构示意图。
参照图3，当外部端口Port配置为输入口，且传感器信号为低电平信号时，触发并导通输入光耦隔离电路，输入端口IN原输入的3.3V高电平信号变为0V并输入低电平信号。
具体的，当外部端口Port配置为输入口，输出光耦隔离电路中的输出端口OUT一直输出高电平，光电耦合器U2不导通，MOS管开关电路关闭。同时，传感器信号为低电平时，光电耦合器U1被触发并导通，输入端口IN信号从高电平变为低电平，与输入端口IN相连的MCU(Microcontroller Unit MCU，微控制单元)检测到输入信号。在外部端口Port配置为输入口的情况下，其与传感器相连。
参照图4，当外部端口配置为输出口，且电平信号为低电平信号时，输出端口输出低电平信号，输出光耦隔离电路导通，MOS管开关电路打开并导通外部端口Port所连接的负载。
具体的，当外部端口Port配置为输出口时，将不读取输入端口IN的状态。输出端口OUT与单片机引脚相连，当输出端口OUT输出为低电平信号时，光电耦合器U2导通，MOS管开关电路打开，MOS管Q1作为低边开关，控制外部端口Port所连接的外部负载的导通。在外部端口Port配置为输出口的情况下，其与负载相连。
外部端口与传感器或者负载相连，是指在外部端口Port配置为输入口的情况下，其与传感器相连；在外部端口Port配置为输出口的情况下，其与负载相连。
通过本实施例的描述可见，通过将两个独立的数字量输入电路和数字量输出电路整合在一起，在同一个端口上面实现输入输出复用功能，即通过将连个独立的输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路整合在一起，实现 外部端口Port既可以作为输入，也可以作为输出，避免端口的浪费。在外部端口Port配置为输出口的情况下，其与传感器相连。
另外，本申请还提供了输入输出控制装置，其包括总线控制器，还包括应用上述的通用数字输入输出复用电路的总线扩展模块，总线控制器通过工业总线与总线扩展模块相连。
数字输入输出复用电路可以应用于总线扩展模块中，并由总线扩展模块与总线控制器相连；数字输入输出复用电路还可以直接应用于总线控制器本身中。
在工业产品的应用场景中，常常需要对一些开关量输入信号进行检测，同时也要对外部的负载进行输出控制。本实施例采用总线控制器加通用数字输入输出复用电路的方案，既具有复用功能又能达到资源合理利用以及节约成本的目的，同时避免造成输入口或者输出口的浪费。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本实用新型主要是将两个独立的数字量输入电路和数字量输出电路整合在一起，实现输入输出复用功能，同时不会造成输入和输出之间存在相互影响。也就是当有输入信号时，不能影响到输出产生误动作；当有输出时，也不会导致输入误触发。这样一个端口既能用于输入也可以用于输出，所以只需要根据所有的输入和输出总数来选择模块。从而就不用根据输入点和输出点的个数来选择最佳搭配方式，也不会造成端口的浪费。
本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型提供的通用数字输入输出复用电路及输入输出控制装置，包括输入光耦隔离电路、输出光 耦隔离电路、金属氧化物半导体场效应晶体MOS管开关电路，输出光耦隔离电路分别与外部端口和MOS管开关电路的一端相连，MOS管开关电路的另一端分别与外部端口和输出光耦隔离电路相连，当外部端口配置为输入口时，输入光耦隔离电路导通并传输传感器信号，当外部端口配置为输出口时，输出光耦隔离电路导通并传输电平信号。本实用新型通过将连个独立的输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路整合在一起，可以实现输入输出复用功能，避免端口的浪费。
另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一 个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例 技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种通用数字输入输出复用电路，其特征在于，包括：输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、金属氧化物半导体场效应晶体MOS管开关电路；
所述输出光耦隔离电路分别与外部端口和所述MOS管开关电路的一端相连，所述MOS管开关电路的另一端分别与所述外部端口和所述输出光耦隔离电路相连；
当所述外部端口配置为输入口时，所述输入光耦隔离电路导通并输入传感器信号；
当所述外部端口配置为输出口时，所述输出光耦隔离电路导通并输出电平信号。
2.根据权利要求1所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，所述输入光耦隔离电路包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器U1：
所述光电耦合器U1的一端分别与所述电阻R1的一端和所述外部端口相连，所述电阻R1的另一端接24V电压，所述光电耦合器U1的另一端分别与输入端口和所述电阻R2的一端相连并接地，所述电阻R2的另一端接3.3V电压。
3.根据权利要求2所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，所述输出光耦隔离电路包括电阻R3、电阻R4和光电耦合器U2；
所述光电耦合器U2的一端分别与所述电阻R3的一端和输出端口相连，所述电阻R3的另一端接3.3V电压，所述光电耦合器U2的另一端与所述电阻R4的一端相连并接24V电压，所述电阻R4的另一端与所述MOS管开关电路相连。
4.根据权利要求1所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，MOS管开关电路包括电阻R5和MOS管Q1；
所述电阻R5的一端分别与所述输出光耦隔离电路和所述MOS管Q1的栅极相连，所述电阻R5的另一端接地，所述MOS管Q1的漏极分别与所述外部端口和所述输入光耦隔离电路相连，所述MOS管Q1的源极接地。
5.根据权利要求2所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，当所述外部端口配置为所述输入口，且所述传感器信号为低电平信号时，所述输入光耦隔离电路导通，所述输入端口将高电平信号变为所述低电平信号。
6.根据权利要求3所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，当所述外部端口配置为所述输出口，且所述电平信号为低电平信号时，所述输出端口输出所述低电平信号，所述输出光耦隔离电路导通，所述MOS管开关电路打开并导通所述外部端口所连接的负载。
7.根据权利要求3所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，所述输出端口与单片机引脚相连。
8.根据权利要求1所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，所述外部端口与传感器或者负载相连。
9.根据权利要求3所述的通用数字输入输出复用电路，其特征在于，所述光电耦合器U1和所述光电耦合器U2反向设置。
10.一种输入输出控制装置，其特征在于，包括总线控制器和应用如权利要求1～9任一项所述的通用数字输入输出复用电路的总线扩展模块，所述总线控制器通过工业总线与所述总线扩展模块相连。
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