一種雙向輸入/輸出接口電路的製作方法

2023-04-23 16:19:16 1

專利名稱：一種雙向輸入/輸出接口電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸入/輸出接口 anput/Output Port, I/O 口 )電路，尤其是具有 光電隔離功能和自檢功能。
背景技術：
在現代航空電子系統中，28V離散量信號一般有「28V地/懸空、28V/懸空、28V/ 地」三種形式。為了完成航空電子系統離散量信號的測試，必須對被測航空電子系統提供相 應類型的測試通道，即輸入/輸出接口電路。在複雜航空電子測試系統的設計過程中，由於 測試通道多、信號類型複雜等各種原因，經常會出現將28V離散量測試通道的輸入/輸出方 向弄反的情況，這樣在航空電子測試系統調試的過程中，需要更改相應離散量通道的輸入/ 輸出方向，系統缺乏靈活性，會造成測試硬體資源浪費。另外，現有離散量雙向輸入/輸出 接口均採用與非門等邏輯器件構成，由於當前的與非門等邏輯器件均工作在5V電壓下，因 此這種電路主要是+5V離散量，不能應用於+28V離散量，且這種電路沒有電氣隔離功能。

發明內容
為了克服現有技術輸入/輸出方向不能靈活可變的缺點，本發明提供一種雙向輸 入/輸出接口電路，可以通過控制位的設置完成28V離散量信號輸入/輸出方向的改變，同 時通過此方法設計的電路具有電氣隔離功能和自檢功能。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下。「28V地/懸空」輸入/輸出接口電路元器件連接關係如下第一隔離電阻Rl的一 端接+5V電源，另一端接第二光耦U2 二極體正極；第二隔離電阻R2的一端接+5V電源，另 一端接第一光耦Ul光敏管集電極；第三隔離電阻R3的一端接+28V電源，另一端接第一光 耦Ul 二極體正極；第一光耦Ul光敏管發射極接+5V電源地G5 ；第二光耦U2光敏管發射極 接+28V電源地G28 ；採集控制接口電路的輸入端mi接第一光耦Ul光敏管集電極；採集控 制接口電路的輸出端/輸入控制位OUTl經OC輸出驅動器UO接第二光耦U2 二極體負極； 測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT1接第一光耦Ul 二極體負極和第二光耦U2光敏管集 電極。當該電路作為輸入接口時，首先需要將輸出端/輸入控制位OUTl置為高電平「1」，此 時輸入端mi的狀態(「0」或「1」)即為IN_0UT1的狀態08V地/懸空)；當該電路作為 輸出接口時，IN_0UT1的狀態08V地/懸空)即為OUTl的狀態(「0」或「1」)；當進行自 檢時，將OUI置為低電平「0」，如果mi狀態為低電平「0」，表示電路工作正常，否則存在故 障。"28V/懸空」輸入/輸出接口電路元器件連接關係如下第四隔離電阻R4的一端 接+5V電源，另一端接第四光耦U4光敏管集電極；第五隔離電阻R5的一端接+5V電源，另 一端接第三光耦U3二極體正極；第六隔離電阻R6的一端接第四光耦二極體的負極，另一端 接+28V電源地G28 ；第三光耦U3光敏管集電極接+28V電源；第四光耦U4光敏管發射極接 +5V電源的地G5 ；採集控制接口電路的輸入端IN2通過反相器N2接第四光耦U4光敏管集電極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位0UT2通過OC輸出反相器m接第三光耦U3 二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT2接第三光耦U3光敏管的發射極和第四 光耦U4 二極體正極。當該電路作為輸入接口時，首先需要將0UT2置為低電平「0」，此時輸 入端IN2的狀態(「1」或「0」)對應IN_0UT2的狀態Q8V/懸空)；當該電路作為輸出接口 時，IN_0UT2的狀態Q8V/懸空)對應0UT2的狀態(「1」或「0」)；當進行自檢時，將0UT2 置為高電平「 1，，，如果IN2狀態為高電平「 1，，，表示電路工作正常，否則存在故障。「^V/地」輸入/輸出接口電路元器件連接關係如下第七隔離電阻R7的一端接 +5V電源，另一端接第六光耦U6光敏管集電極；第八隔離電阻R8的一端接+5V電源，另一 端接第五光耦U5 二極體正極；第九隔離電阻R9的一端接第六光耦二極體的負極，另一端 接+28V電源地G28 ；第五光耦U5光敏管集電極接+28V電源；第六光耦U6光敏管發射極接 +5V電源地G5 ；採集控制接口電路的輸入端IN3通過反相器N4接第六光耦U6光敏管集電 極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位0UT3通過OC輸出反相器N3接第五光耦U5 二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT3接第五光耦U5光敏管的發射極和第六 光耦U6 二極體正極；RlO為下拉電阻，一端接+28V電源地G28，另一端接第五光耦U5光敏 管的發射極和第六光耦U6 二極體正極。當該電路作為輸入接口時，首先需要將0UT3置為 高電平「0」，此時輸入端IN3的狀態(「1」或「0」)對應IN_0UT3的狀態Q8V/地)；當該 電路作為輸出接口時，IN_0UT3的狀態(28V/地)對應0UT3的狀態(「1」或「0」)。當進 行自檢時，將0UT3置為高電平「1」，如果IN3狀態為高電平「1」，表示電路工作正常，否則存 在故障。本發明的有益效果是本發明設計的電路結構簡單、緊湊、合理；通過採用光耦來 完成^V離散量信號各種狀態的輸入/輸出，相對於繼電器輸入/輸出速度快，而且可以滿 足航空電子測試系統的電氣隔離需求；可以完成電路自檢；尤其是本發明可以通過電路中 控制位設置的不同，可以作為28V離散量信號的輸入接口或輸出接口。


圖1是「28V地/懸空」輸入/輸出接口電路元器件原理圖。圖2是『18V/懸空」輸入/輸出接口電路元器件原理圖。圖3是「28V/地」輸入/輸出接口電路元器件原理圖。
具體實施例方式下面本發明結合附圖中的實施例作進一步說明。本發明主要通過隔離電阻Rl、R2、R3，OC輸出驅動器UO和光耦Ul、U2實現完成 "28V地/懸空」離散量信號的輸入/輸出；通過隔離電阻R4、R5、R6，OC輸出反相器Ni、反 相器N2和光耦U3、U4實現「28V/懸空」離散量信號的輸入/輸出；通過隔離電阻R7、R8、 R9、R10，OC輸出反相器N3、反相器N4和光耦TO、TO實現「28V/地」離散量信號的輸入/輸出。在實施例中，光耦採用TLP521-2 ；隔離電阻R2、R4、R7阻值採用4. ΑΩ，功率 0. 125W ；隔離電阻Rl、R3、R5、R6、R8、R9阻值採用5. IkQ，功率0. 25W ；下拉電阻RlO阻值 採用IOk Ω，功率0. 125W。
「28V地/懸空」輸入/輸出接口電路元器件原理如圖1。第一隔離電阻Rl是第二 光耦U2 二極體的正極電源電阻，一端接+5V電源，另一端接第二光耦U2 二極體正極；第二 隔離電阻R2是第一光耦Ul光敏管的電源電阻，一端接+5V電源，另一端接第一光耦Ul光 敏管集電極；第三隔離電阻R3是第一光耦Ul 二極體的電源電阻，一端接+28V電源，另一端 接第一光耦Ul 二極體正極；第一光耦Ul光敏管發射極接+5V電源地G5 ；第二光耦U2光敏 管發射極接+28V電源地G28 ；採集控制接口電路的輸入端mi接第一光耦Ul光敏管集電 極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位OUTl經OC輸出驅動器UO接第二光耦U2 二 極管負極；測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT1接第一光耦Ul 二極體負極和第二光耦U2 光敏管集電極。當該電路作為輸入接口時，首先需要將輸出端/輸入控制位OUTl置為高電 平「1」使第二光耦U2截止，如果IN_0UT1為「28V地」時，第一光耦Ul 二極體發光，Ul光敏 管有電流通過，使第一光耦Ui光敏管集電極為低電平「0」，即mi為「0」 ；如果IN_0UT1為 「懸空」時，第一光耦Ul 二極體不發光，Ul光敏管沒有電流通過，使第一光耦Ul光敏管集電 極為高電平「1」，即mi為「1」。當該電路作為輸出接口時，如果OUTi為「0」時，第二光耦 U2 二極體發光，U2光敏管有電流通過，使第二光耦U2光敏管集電極為低電平「28V地」，即 IN_0UT1為「28V地」；如果OUTl為「1」時，第二光耦U2 二極體不發光，U2光敏管沒有電流 通過，使第二光耦U2光敏管集電極為「懸空」，即IN_0UT1為「懸空」。當該電路進行自檢時， 將OUTl置為低電平「0」，第二光耦U2 二極體發光，U2光敏管有電流通過，第二光耦U2光敏 管集電極為低電平，使第一光耦Ul 二極體發光，Ul光敏管有電流通過，第一光耦Ul光敏管 集電極為低電平，INl為低電平「0」，表示電路工作正常，否則存在故障。"28V/懸空」輸入/輸出接口電路元器件原理如圖2。第四隔離電阻R4是第四光 耦U4光敏管集電極的電源電阻，一端接+5V電源，另一端接第四光耦U4光敏管集電極和反 相器N2的輸入端；第五隔離電阻R5是第三光耦U3 二極體的電源電阻，一端接+5V電源， 另一端接第二光耦U2 二極體正極；第六隔離電阻R6是第四光耦U4 二極體的接地電阻，一 端接第四光耦二極體負極，另一端接^V電源地G28 ；第三光耦U3光敏管集電極接+28V電 源；第四光耦U4光敏管發射極接+5V電源地G5 ；採集控制接口電路的輸入端IN2接反相器 N2的輸出端；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位0UT2接OC輸出反相器m的輸入 端，m的輸出端接第三光耦U3 二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT2接第三 光耦U3光敏管發射極和第四光耦U4 二極體正極。當該電路作為輸入接口時，首先需要將 輸出端/輸入控制位0UT2置為低電平「0」，則m輸出高電平「1」，第三光耦U3截止；如果 IN_0UT2為「^V」時，第四光耦U4 二極體發光，U4光敏管有電流通過，使第四光耦U4光敏 管集電極為低電平「0」，經反相器N2輸出後，IN2為「1」;如果IN_0UT2為「懸空」時，第四光 耦U4 二極體不發光，U4光敏管沒有電流通過，使第四光耦U4光敏管集電極為高電平「1」， 經反相器N2輸出後，IN2為「0」。當該電路作為輸出接口時，如果0UT2為「1」時，OC輸出 反相器W輸出低電平「0」，第三光耦U3 二極體發光，U3光敏管有電流通過，使第三光耦U3 光敏管發射極為高電平「28V」，即IN_0UT2為「28V」;如果0UT2為「0」時，OC輸出反相器附 輸出高電平「1」，第三光耦U3 二極體不發光，U3光敏管沒有電流通過，使第三光耦U3光敏 管集電極為「懸空」，即IN_0UT2為「懸空」。當該電路進行自檢時，將0UT2置為高電平「1」， OC輸出反相器m輸出低電平「0」，第三光耦U3 二極體發光，U3光敏管有電流通過，使第四 光耦U4 二極體發光，U4光敏管有電流通過，第四光耦U4光敏管集電極為低電平，經反相器N2輸出後，IN2為高電平「1」，表示電路工作正常，否則存在故障。 "28V/地」輸入/輸出接口電路元器件原理如圖3。第七隔離電阻R7是第六光耦 U6光敏管集電極的電源電阻，一端接+5V電源，另一端接第六光耦U6光敏管集電極和反相 器N4的輸入端；第八隔離電阻R8是第五光耦U5 二極體的電源電阻，一端接+5V電源，另 一端接第五光耦U5 二極體正極；第九隔離電阻R9是第六光耦U6 二極體的接地電阻，一端 接第六光耦二極體負極，另一端接電源地G28 ；第十隔離電阻RlO是輸出信號的下拉電 阻，一端接IN_0UT3，另一端接28V電源地G28 ；第五光耦U5光敏管集電極接+28V電源；第 六光耦U6光敏管發射極接+5V電源地G5 ；採集控制接口電路的輸入端IN3接反相器N4的 輸出端；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位0UT3接OC輸出反相器N3的輸入端，N3 的輸出端接第五光耦U5 二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端IN_0UT3接第五光耦U5 光敏管發射極、第六光耦U6 二極體正極和第十隔離電阻R10。當該電路作為輸入接口時，首 先需要將輸出端/輸入控制位0UT3置為低電平「0」，則N3輸出高電平「1」，第五光耦U5截 止；如果IN_0UT3為「28V」時，第六光耦U6 二極體發光，TO光敏管有電流通過，使第六光耦 U6光敏管集電極為低電平「0」，經反相器N4輸出後，IN3為「 1」 ；如果IN_0UT3為「地」時， 第六光耦U6 二極體不發光，U6光敏管沒有電流通過，使第六光耦U6光敏管集電極為高電 平「1」，經反相器N4輸出後，IN3為「0」。當該電路作為輸出接口時，如果0UT3為「1」時， OC輸出反相器N3輸出低電平「0」，第五光耦U5 二極體發光，TO光敏管有電流通過，使第五 光耦U5光敏管發射極為高電平「28V」，即IN_0UT3為『18V」 ；如果0UT3為「0」時，OC輸出 反相器N3輸出高電平「 1 」，第五光耦U5 二極體不發光，U5光敏管沒有電流通過，第五光耦 U5光敏管集電極通過RlO下拉為「地」，即IN_0UT3為「地」。當該電路進行自檢時，將0UT3 置為高電平「 1 」，OC輸出反相器N3輸出低電平「0」，第五光耦U5 二極體發光，U5光敏管有 電流通過，使第六光耦U6 二極體發光，TO光敏管有電流通過，第六光耦U6光敏管集電極為 低電平，經反相器N4輸出後，IN3為高電平「1」，表示電路工作正常，否則存在故障。
權利要求
1. 一種雙向輸入/輸出接口電路，其特徵在於當其應用於28V地/懸空連接時，第一隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第二光耦 二極體正極，第二隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第一光耦光敏管集電極；第三隔離 電阻的一端接+28V電源，另一端接第一光耦二極體正極；第一光耦光敏管發射極接+5V電 源地；第二光耦光敏管發射極接+28V電源地；採集控制接口電路的輸入端接第一光耦光敏 管集電極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位經OC輸出驅動器接第二光耦二極體負 極；測試接口電路的輸入/輸出端接第一光耦二極體負極和第二光耦光敏管集電極；當其應用於1糊丨懸空連接時，第四隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第四光耦光 敏管集電極；第五隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第三光耦二極體正極；第六隔離電 阻的一端接第四光耦二極體的負極，另一端接+28V電源地；第三光耦光敏管集電極接+28V 電源；第四光耦光敏管發射極接+5V電源的地；採集控制接口電路的輸入端通過反相器接 第四光耦光敏管集電極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位通過OC輸出反相器接第 三光耦二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端接第三光耦光敏管的發射極和第四光耦 二極體正極；當其應用於^V/地連接時，第七隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第六光耦光敏 管集電極；第八隔離電阻的一端接+5V電源，另一端接第五光耦二極體正極；第九隔離電阻 的一端接第六光耦二極體的負極，另一端接+28V電源地；第五光耦光敏管集電極接+28V電 源；第六光耦光敏管發射極接+5V電源地；採集控制接口電路的輸入端通過反相器接第六 光耦光敏管集電極；採集控制接口電路的輸出端/輸入控制位通過OC輸出反相器接第五光 耦二極體負極；測試接口電路的輸入/輸出端接第五光耦光敏管的發射極和第六光耦二極 管正極；下拉電阻一端接+28V電源地，另一端接第五光耦光敏管的發射極和第六光耦二極 管正極。
全文摘要
本發明公開了一種雙向輸入/輸出接口電路，通過隔離電阻R1、R2、R3，OC輸出驅動器U0和光耦U1、U2實現完成「28V地/懸空」離散量信號的輸入/輸出；通過隔離電阻R4、R5、R6，OC輸出反相器N1、反相器N2和光耦U3、U4實現「28V/懸空」離散量信號的輸入/輸出；通過隔離電阻R7、R8、R9、R10，OC輸出反相器N3、反相器N4和光耦U5、U6實現「28V/地」離散量信號的輸入/輸出。本發明結構簡單、緊湊、合理，輸入/輸出速度快，而且可以滿足電氣隔離需求，可以完成電路自檢，可以作為輸入或輸出接口。
文檔編號H03K19/0175GK102118154SQ20111000719
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者史國慶, 吳勇, 張建東, 昝積成, 朱建民 申請人:西北工業大學