CN209435209U - 一种数字输入和模拟输入复用电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字输入和模拟输入复用电路，包括信号调理电路、跟随电路、数字选择电路和模拟选择电路；本实用新型的有益效果在于，本实用新型的数字输入和模拟输入复用电路能够接收多种输入信号，仅需通过软件调整模拟选择开关AI1 sel、AI2 sel和数字选择开关V/D sel的电平高低就能实现数字信号（PNP模式、NPN模式）和模拟信号（0~10V电压和0~20mA电流）输入线路的更改，具有接线简单方便且节约成本的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种数字输入和模拟输入复用电路。
背景技术
目前，在电子行业的应用中，通常需要将多路数字信号作为逻辑开关信号，将多路模拟信号作为反馈调节信号。但是，由于不同设备的数字信号和模拟信号的数量并不相同，有的设备数字信号的需求更多，有的设备模拟信号的需求更多。因此，在电子设备的实际应用过程中，支持数字信号端口和模拟信号端口数量最多的电子设备往往更容易获得客户的青睐。但是，电子设备如果需要支持非常多的数字信号端口和模拟信号端口，必然显著增加电子设备的研发和制造成本高，并且设备质量和体积较大，缺少市场竞争力。因此，本专利的目的在于提出一种简易的方式解决多数字信号端口和模拟信号端口体积大、成本高的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的：提供一种数字输入和模拟输入复用电路，允许模拟信号和数字信号同时接入到同一个通道，通过更改软件参数切换电路的工作模式，实现模拟信号和数字输入的切换。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种数字输入和模拟输入复用电路，包括信号调理电路1、跟随电路2、数字选择电路3和模拟选择电路4；所述数字选择电路3输入端接数字选择开关V/D sel，输出端接与两个所述信号调理电路1输入端连接；两个所述模拟选择电路4输入端分别接两个模拟选择开关AI1 sel和AI2 sel，输出端分别接两个信号调理电路1输入端；两个所述信号调理电路1输入端分别接两个信号输入端AIN1和AIN2，输出端分别与两个所述跟随电路2连接；两个所述跟随电路2输出端分别与信号输出端AI1和AIN2连接。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述信号调理电路1包括电阻R1~R7、电容C1、RC回路RC1和开关二极管D1；所述电阻R1~R4依次串联，电阻R1另一端作为信号调理电路1输入端，电阻R4另一端接跟随电路2输入端和电阻R5，电阻R5另一端接VCC1；电容C1一端接电阻R1和R2之间，另一端接地；电阻R6和R7串联，电阻R6另一端接电阻R3和R4之间，电阻R7另一端接地；开关二极管D1的3脚接电阻R3和R4之间、1脚接地、2脚接VCC1；RC回路RC1接开关二极管D1的3脚两端。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述跟随电路2包括放大器U、电阻R8、RC回路RC2和电容C2；放大器U的10脚作为跟随电路2的输入端，放大器U的9脚通过RC回路RC2接放大器U的8脚和电阻R8一端，电阻R8另一端作为跟随电路2输出端且接电容C2一端，电容C2另一端接地，放大器U的11脚接地、4脚接VDD。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述模拟选择电路4包括采样电阻R、电阻R12和三极管T1；采样电阻R一端作为模拟选择电路4输出端接信号调理电路输入端，另一端接三极管T1的集电极，三极管T1的基极接电阻R12和R13，电阻R12另一端作为模拟选择电路4输入端，电阻R13另一端接地，三极管T1的发射极接地。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，数字选择电路3包括三极管T2~T3、电阻R14~R18和开关二极管D2；开关二极管D2的1脚和2脚作为数字选择电路3输出端分别接两个所述信号调理电路1的输入端、3脚接电阻R17一端和三极管T3集电极，电阻R17另一端通过电阻R18接VDD，三极管T3发射极接地，三极管T3基极接电阻R16一端，电阻R16另一端接三极管T2集电极和电阻R15一端，电阻R15另一端接地，三极管T2发射极接VCC1，三极管T2基极接电阻R14一端，电阻R14另一端作为数字选择电路3输入端。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述开关二极管D1和D3的型号为BAV99，所述开关二极管D2的型号为BAW56L。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述RC回路RC1为串联RC回路，所述RC回路RC2为并联RC回路。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，所述采样电阻由三个电阻R9~R11串联而成。
上述的数字输入和模拟输入复用电路，其中，还包括开关二极管D3，所述开关二极管D3的1脚接VDD、2脚接地、3脚接信号调理电路1输入端。
综上所述，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的数字输入和模拟输入复用电路能够接收多种输入信号，仅需通过软件调整模拟选择开关AI1 sel、AI2 sel和数字选择开关V/D sel的电平高低就能实现数字信号（PNP模式、NPN模式）和模拟信号（0~10V电压和0~20mA电流）输入线路的更改，具有接线简单方便且节约成本的优点。
附图说明
图1是本实用新型一种数字输入和模拟输入复用电路的电路图。
图2是本实用新型一种数字输入和模拟输入复用电路信号调理电路的电路图。
图3是本实用新型一种数字输入和模拟输入复用电路跟随电路的电路图。
图4是本实用新型一种数字输入和模拟输入复用电路数字选择电路的电路图。
图5是本实用新型一种数字输入和模拟输入复用电路模拟选择电路的电路图。
图6是本实用新型0~10V电压输入的等效电路图。
图7是本实用新型0~20mA电流输入的等效电路图。
图8是本实用新型数字信号PNP模式输入的等效电路图。
图9是本实用新型数字信号NPN模式输入的等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
请参见附图1所示，一种数字输入和模拟输入复用电路，包括信号调理电路1、跟随电路2、数字选择电路3和模拟选择电路4；所述数字选择电路3输入端接数字选择开关V/Dsel，输出端接与两个所述信号调理电路1输入端连接；两个所述模拟选择电路4输入端分别接两个模拟选择开关AI1 sel和AI2 sel，输出端分别接两个信号调理电路1输入端；两个所述信号调理电路1输入端分别接两个信号输入端AIN1和AIN2，输出端分别与两个所述跟随电路2连接；两个所述跟随电路2输出端分别与信号输出端AI1和AIN2连接。
附图2至附图5为数字输入和模拟输入复用电路子电路的电路原理图，其中整个电路具有两个输入端（分别为AIN1和AIN2），二者均可以接受三种输入信号值：0~10V、0-20mA和数字信号（PNP型、NPN型和电压型等），常见的输入信号逻辑表如表1所示。
表1：数字输入和模拟输入复用电路输入信号逻辑表
| 输入信号 | V/D sel | AI1 sel |
| 0~10V电压输入 | Low | Low |
| 0~20mA电流输入 | Low | High |
| PNP型数字量信号输入 | Low | Low |
| NPN型数字量信号输入 | High | Low |
1）当信号输入端AI1为0~10V电压输入时：
软件设置数字选择开关V/D sel为低电平，模拟选择开关AI1 Sel为低电平，此时三极管T2关闭、三极管T3开通，则等效的输入电路如附图6所示。当输入电压Vin时，通过第一级电压降低，RC回路RC1、电阻R6、R7和R3分压，A点的电VA等于Vin在改点的分压；然后再A点后增加一个小的偏置电压VCC1*（R4/(R4+R5）来调整输入零点，使得所述跟随电路的输入电压为0、1~3、1V，经过跟随电路缓冲后，通过所述信号输出端AI1送到MCU的AD口采集，获取输入信号。
2）当信号输入端AI1为0~20mA输入时：
软件设置数字选择开关V/D sel为低电平，模拟选择开关AI1 sel为高电平，此时的等效电路如附图7所示。模拟选择开关AI1 sel为高电平后，将采样电阻加在信号调理电路的前端。此时允许电流输入，当输入电流为AIN1=0~20mA时，A点的电压等效为0~10V，后续处理与第一种输入逻辑信号的处理方式相同。
3）当配置数字量输入时：
PNP模式：软件设置数字选择开关V/D sel为低电平，模拟选择开关AI1 sel为低电平，此时的等效电路图如附图8所示。此时输入的方式为PNP输入方式，输入电平为电源VDD和Floating；当输入VDD为大于10V时，信号输入端AIN1接收到的电平大于3V，信号输出端AI1输出高电平；当Floating状态时，信号输入端AIN1接收到的电平小于1V，信号输出端AI1输出低电平。
NPN模式：软件设置数字选择开关V/D sel为高电平，模拟选择开关AI1 sel为低电平，此时的等效电路图如附图9所示。此时数字选择开关V/D sel为高电平时，三极管53关闭，等效增加了上拉1.8k+1.8k电阻并上拉到VDD；当外部接入NPN型集电极开路时：NPN型输入有效时VIN=0V，A点的电压等于0V，则送入到AI1的电压小于1V，MCU识别为低电平；NPN型输入关闭时VIN Floating，此时A点电压取决于上拉VDD=24V，此时MCU识别为高电平。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：包括信号调理电路（1）、跟随电路（2）、数字选择电路（3）和模拟选择电路（4）；所述数字选择电路（3）输入端接数字选择开关V/D sel，输出端接与两个所述信号调理电路（1）输入端连接；两个所述模拟选择电路（4）输入端分别接两个模拟选择开关AI1 sel和AI2 sel，输出端分别接两个信号调理电路（1）输入端；两个所述信号调理电路（1）输入端分别接两个信号输入端AIN1和AIN2，输出端分别与两个所述跟随电路（2）连接；两个所述跟随电路（2）输出端分别与信号输出端AI1和AIN2连接。
2.根据权利要求1所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述信号调理电路（1）包括电阻R1~R7、电容C1、RC回路RC1和开关二极管D1；所述电阻R1~R4依次串联，电阻R1另一端作为信号调理电路（1）输入端，电阻R4另一端接跟随电路（2）输入端和电阻R5，电阻R5另一端接VCC1；电容C1一端接电阻R1和R2之间，另一端接地；电阻R6和R7串联，电阻R6另一端接电阻R3和R4之间，电阻R7另一端接地；开关二极管D1的3脚接电阻R3和R4之间、1脚接地、2脚接VCC1；RC回路RC1接开关二极管D1的3脚两端。
3.根据权利要求1所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述跟随电路（2）包括放大器U、电阻R8、RC回路RC2和电容C2；放大器U的10脚作为跟随电路的输入端，放大器U的9脚通过RC回路RC2接放大器U的8脚和电阻R8一端，电阻R8另一端作为跟随电路（2）输出端且接电容C2一端，电容C2另一端接地，放大器U的11脚接地、4脚接VDD。
4.根据权利要求1所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述模拟选择电路（4）包括采样电阻R、电阻R12和三极管T1；采样电阻R一端作为模拟选择电路（4）输出端接信号调理电路（1）输入端，另一端接三极管T1的集电极，三极管T1的基极接电阻R12和R13，电阻R12另一端作为数字选择电路（3）输入端，电阻R13另一端接地，三极管T1的发射极接地。
5.根据权利要求1所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：数字选择电路（3）包括三极管T2~T3、电阻R14~R18和开关二极管D2；开关二极管D2的1脚和2脚作为数字选择电路（3）输出端分别接两个所述信号调理电路（1）的输入端、3脚接电阻R17一端和三极管T3集电极，电阻R17另一端通过电阻R18接VDD，三极管T3发射极接地，三极管T3基极接电阻R16一端，电阻R16另一端接三极管T2集电极和电阻R15一端，电阻R15另一端接地，三极管T2发射极接VCC1，三极管T2基极接电阻R14一端，电阻R14另一端作为数字选择电路（3）输入端。
6.根据权利要求2所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述开关二极管D1和D3的型号为BAV99，所述开关二极管D2的型号为BAW56L。
7.根据权利要求2或3所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述RC回路RC1为串联RC回路，所述RC回路RC2为并联RC回路。
8.根据权利要求4所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：所述采样电阻R由三个电阻R9~R11串联而成。
9.根据权利要求1所述的一种数字输入和模拟输入复用电路，其特征在于：还包括开关二极管D3，所述开关二极管D3的1脚接VDD、2脚接地、3脚接信号调理电路（1）输入端。
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| CN201920417106.XU CN209435209U (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 一种数字输入和模拟输入复用电路 |
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| CN111007819A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-14 | 杭州和利时自动化有限公司 | 一种复用ai通道和di通道的io模块 |
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