本公開的實(shí)施例總體涉及控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入輸出領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種數(shù)字量輸入輸出電路。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展越來越快，控制系統(tǒng)在各行各業(yè)應(yīng)用越來越普遍，有些控制系統(tǒng)中涉及數(shù)字量的輸入、輸出。工業(yè)控制領(lǐng)域的io（輸入輸出）電路中，要實(shí)現(xiàn)di（數(shù)字量輸入）、do（數(shù)字量輸出），通常需要通過單獨(dú)的電路分別實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。而且，di與do不能共用接線端子，導(dǎo)致產(chǎn)品接口眾多，接線復(fù)雜。進(jìn)一步地，如果在數(shù)字量輸入輸出電路中加入針對(duì)外部負(fù)載的斷線、短路診斷功能，則電路設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本公開提供了一種數(shù)字量輸入輸出電路，能夠兼容數(shù)字量輸入以及數(shù)字量輸出功能。

2、根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供一種數(shù)字量輸入輸出電路。該數(shù)字量輸入輸出電路包括：第一電阻，第一電阻的一端與電源端電連接，第一電阻的另一端與第一開關(guān)單元的一端電連接；第一開關(guān)單元，第一開關(guān)單元的另一端接地，第一開關(guān)單元的控制端與控制單元電連接；第二開關(guān)單元，第二開關(guān)單元的一端與第二電阻的一端電連接，第二開關(guān)單元的另一端接地，第二開關(guān)單元的控制端與第一電阻電連接，第二開關(guān)單元被配置為響應(yīng)于第一電阻兩端的電壓滿足預(yù)定條件而導(dǎo)通；第二電阻，第二電阻的另一端與電源端電連接；以及控制單元，被配置為當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)單元的兩端與數(shù)字量輸入負(fù)載電連接時(shí)，控制第一開關(guān)單元斷開，以使得數(shù)字量輸入輸出電路工作于數(shù)字量輸入模式，并經(jīng)由第一開關(guān)單元的兩端接收來自數(shù)字量輸入負(fù)載的數(shù)字量，并且在第二開關(guān)單元的一端生成數(shù)字量輸入采樣信號(hào)；以及當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)單元的兩端與數(shù)字量輸出負(fù)載電連接時(shí)，控制第一開關(guān)單元導(dǎo)通以及斷開，以使得數(shù)字量輸入輸出電路工作于數(shù)字量輸出模式，并經(jīng)由第一開關(guān)單元的兩端向數(shù)字量輸出負(fù)載輸出數(shù)字量。

3、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：電源開關(guān)單元，電源開關(guān)單元的一端與第一電阻的一端電連接，電源開關(guān)單元的另一端與電源端電連接，電源開關(guān)單元的控制端與控制單元電連接；控制單元還被配置為：響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入輸出電路的工作模式為數(shù)字量輸入模式以及配電數(shù)字量輸出模式，而控制電源開關(guān)單元導(dǎo)通；以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入輸出電路的工作模式為非配電數(shù)字量輸出模式而控制電源開關(guān)單元斷開。

4、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：數(shù)字量輸入診斷單元，與第一開關(guān)單元的一端電連接，被配置為響應(yīng)于確定關(guān)于第一開關(guān)單元的一端的電壓滿足第一預(yù)定條件而生成表征正常的數(shù)字量輸入診斷信號(hào)，以及響應(yīng)于確定關(guān)于第一開關(guān)單元的一端的電壓不滿足第一預(yù)定條件而生成表征故障的數(shù)字量輸入診斷信號(hào)，第一預(yù)定條件包括：關(guān)于第一開關(guān)單元的一端的電壓大于第一參考電壓并且小于第二參考電壓，第一參考電壓小于第二參考電壓，第二參考電壓小于電源端電壓。

5、在一些實(shí)施例中，數(shù)字量輸入診斷單元包括：第一運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器的同相輸入端用于接收第二參考電壓，第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與第一開關(guān)單元的一端電連接，第一運(yùn)算放大器的輸出端與第二運(yùn)算放大器的輸出端以及第一隔離單元的輸入端電連接；第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端用于接收第一參考電壓，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與第一開關(guān)單元的一端電連接；第三電阻，第三電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端電連接，第三電阻的另一端與電源端電連接；以及第一隔離單元，第一隔離單元的輸出端用于輸出數(shù)字量輸入診斷信號(hào)。

6、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：還包括數(shù)字量輸出診斷單元，數(shù)字量輸出診斷單元包括：第一分壓?jiǎn)卧谝环謮簡(jiǎn)卧妮斎攵伺c第一開關(guān)單元的一端電連接；第一分壓?jiǎn)卧妮敵龆伺c第一mos管的柵極電連接；第一mos管，第一mos管的源極接地，第一mos管的漏極與第二隔離單元的輸入端電連接；以及第二隔離單元，第二隔離單元的輸出端用于輸出數(shù)字量輸出診斷信號(hào)。

7、在一些實(shí)施例中，控制單元還被配置為：響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)的狀態(tài)表征故障，而切換電源開關(guān)單元斷開/導(dǎo)通狀態(tài)，并且響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)的狀態(tài)在切換前后發(fā)生變化，而確定數(shù)字量輸出負(fù)載存在短路故障，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)的狀態(tài)在切換前后不發(fā)生變化，而確定數(shù)字量輸出負(fù)載存在斷線故障。

8、在一些實(shí)施例中，響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入診斷信號(hào)表征故障并且來自數(shù)字量輸入輸出電路的輸入采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)于表征斷開狀態(tài)的數(shù)字量，而確定數(shù)字量輸入輸出電路與數(shù)字量輸出負(fù)載之間發(fā)生斷線故障，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入診斷信號(hào)表征故障并且來自數(shù)字量輸入輸出電路的輸入采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)于表征接通狀態(tài)的數(shù)字量，而確定數(shù)字量輸出負(fù)載發(fā)生短路故障。

9、在一些實(shí)施例中，第一隔離單元包括：第一光電耦合器，第一光電耦合器的陽(yáng)極作為第一隔離單元的輸入端，第一光電耦合器的陰極以及發(fā)射極接地，第一光電耦合器的集電極與第四電阻的一端電連接，并作為第一隔離單元的輸出端；以及第四電阻，第四電阻的另一端與電源端電連接；第二隔離單元包括：第二光電耦合器，第二光電耦合器的陽(yáng)極與電源端電連接，第二光電耦合器的陰極作為第二隔離單元的輸入端，第二光電耦合器的發(fā)射極接地，第一光電耦合器的集電極與第五電阻的一端電連接，并作為第二隔離單元的輸出端；以及第五電阻，第五電阻的另一端與電源端電連接。

10、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：第一開關(guān)單元包括：第二mos管，第二mos管的柵極作為第一開關(guān)單元的控制端，第二mos管的源極作為第一開關(guān)單元的另一端，第二mos管的漏極作為第一開關(guān)單元的一端；第二開關(guān)單元包括：第三光電耦合器，第三光電耦合器的陽(yáng)極與第一電阻的一端電連接，第三光電耦合器的陰極與第一電阻的另一端電連接，第三光電耦合器的發(fā)射極接地，第三光電耦合器的集電極作為第二開關(guān)單元的一端；電源開關(guān)單元包括：第四光電耦合器，第四光電耦合器的陽(yáng)極作為電源開關(guān)單元的控制端，第四光電耦合器的陰極接地，第四光電耦合器的發(fā)射極作為電源開關(guān)單元的一端，第四光電耦合器的集電極作為電源開關(guān)單元的另一端。

11、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：齊納二極管，齊納二極管的陽(yáng)極與第一電阻的一端電連接，齊納二極管的陰極與電源開關(guān)單元的一端電連接；以及第一二極管，第一二級(jí)管的陽(yáng)極與第一開關(guān)單元的另一端電連接，第一二級(jí)管的陰極接地。

12、在一些實(shí)施例中，該數(shù)字量輸入輸出電路還包括：第六電阻，第六電阻的一端接地，第六電阻的另一端與第七電阻的一端電連接，并用于輸出第一參考電壓；第七電阻，第七電阻的另一端與第八電阻電連接，并用于輸出第二參考電壓；以及第八電阻，第八電阻的另一端與電源端電連接。

13、該數(shù)字量輸入輸出電路包括：第一電阻，第一開關(guān)單元，第二開關(guān)單元，第二電阻以及控制單元，其中第一電阻的一端與電源端電連接，第一電阻的另一端與第一開關(guān)單元的一端電連接；第一開關(guān)單元的另一端接地，第一開關(guān)單元的控制端與控制單元電連接；第二開關(guān)單元的一端與第二電阻的一端電連接，第二開關(guān)單元的另一端接地，第二開關(guān)單元的控制端與第一電阻電連接，第二開關(guān)單元被配置為響應(yīng)于第一電阻兩端的電壓滿足預(yù)定條件而導(dǎo)通；第二電阻的另一端與電源端電連接；被配置為當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)單元的兩端與數(shù)字量輸入負(fù)載電連接時(shí)，控制第一開關(guān)單元斷開，以使得數(shù)字量輸入輸出電路工作于數(shù)字量輸入模式，并經(jīng)由第一開關(guān)單元的兩端接收來自數(shù)字量輸入負(fù)載的數(shù)字量，并且在第二開關(guān)單元的一端生成數(shù)字量輸入采樣信號(hào)；以及當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)單元的兩端與數(shù)字量輸出負(fù)載電連接時(shí)，控制第一開關(guān)單元導(dǎo)通以及斷開，以使得數(shù)字量輸入輸出電路工作于數(shù)字量輸出模式，并經(jīng)由第一開關(guān)單元的兩端向數(shù)字量輸出負(fù)載輸出數(shù)字量。因此，該數(shù)字量輸入輸出電路能夠兼容數(shù)字量輸入以及數(shù)字量輸出功能。

14、根據(jù)本公開的第二方面，提供一種用于數(shù)字量輸入輸出電路的診斷電路。該診斷電路包括：電源開關(guān)單元，電源開關(guān)單元的一端與數(shù)字量輸入輸出電路的接線正端電連接，電源開關(guān)單元的另一端與電源端電連接；數(shù)字量輸出診斷單元，與所述數(shù)字量輸入輸出電路電連接，被配置為在所述接線正端的電壓大于或者等于第一電壓閾值時(shí)生成第一狀態(tài)的數(shù)字量輸出診斷信號(hào)，以及在所述接線正端的電壓小于第一電壓閾值時(shí)生成第二狀態(tài)的數(shù)字量輸出診斷信號(hào)；以及控制單元，被配置為控制電源開關(guān)單元斷開，并且控制數(shù)字量輸入輸出電路輸出表征斷開狀態(tài)的數(shù)字量，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)處于第二狀態(tài)確定關(guān)于數(shù)字量輸入輸出電路的數(shù)字量輸出負(fù)載存在接線故障。

15、在一些實(shí)施例中，控制單元還被配置為：響應(yīng)于確定所述數(shù)字量輸出負(fù)載存在接線故障而控制電源開關(guān)單元導(dǎo)通，并且響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)繼續(xù)保持第二狀態(tài)而確定所述數(shù)字量輸出負(fù)載發(fā)生短路故障，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一狀態(tài)而確定數(shù)字量輸入輸出電路與數(shù)字量輸出負(fù)載之間發(fā)生斷線故障。

16、在一些實(shí)施例中，該診斷電路，還包括：數(shù)字量輸入診斷單元，與所述接線正端電連接，被配置為響應(yīng)于確定關(guān)于所述接線正端的電壓滿足第一預(yù)定條件而生成表征正常的數(shù)字量輸入診斷信號(hào)，以及響應(yīng)于確定關(guān)于所述接線正端的電壓不滿足第一預(yù)定條件而生成表征故障的數(shù)字量輸入診斷信號(hào)，第一預(yù)定條件包括：關(guān)于接線正端的電壓大于第一參考電壓并且小于第二參考電壓，第一參考電壓小于第二參考電壓，第二參考電壓小于電源端電壓。

17、在一些實(shí)施例中，控制單元還被配置為：響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入診斷信號(hào)表征故障并且來自數(shù)字量輸入輸出電路的輸入采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)于表征斷開狀態(tài)的數(shù)字量，而確定數(shù)字量輸入輸出電路與數(shù)字量輸入負(fù)載之間發(fā)生斷線故障，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸入診斷信號(hào)表征故障并且來自數(shù)字量輸入輸出電路的輸入采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)于表征接通狀態(tài)的數(shù)字量，而確定數(shù)字量輸入負(fù)載發(fā)生短路故障。

18、在一些實(shí)施例中，數(shù)字量輸入診斷單元包括：第一運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器的同相輸入端用于接收第二參考電壓，第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述接線正端電連接，第一運(yùn)算放大器的輸出端與第二運(yùn)算放大器的輸出端以及第一隔離單元的輸入端電連接；第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端用于接收第一參考電壓，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述接線正端電連接；第一上拉電阻，第一上拉電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端電連接，第一上拉電阻的另一端與電源端電連接；以及第一隔離單元，第一隔離單元的輸出端用于輸出數(shù)字量輸入診斷信號(hào)。

19、在一些實(shí)施例中，數(shù)字量輸出診斷單元包括：第一分壓?jiǎn)卧谝环謮簡(jiǎn)卧妮斎攵伺c所述接線正端電連接；第一分壓?jiǎn)卧妮敵龆伺c第一mos管的柵極電連接；第一mos管，第一mos管的源極接地，第一mos管的漏極與第二隔離單元的輸入端電連接；以及第二隔離單元，第二隔離單元的輸出端用于輸出數(shù)字量輸出診斷信號(hào)。

20、在一些實(shí)施例中，第一隔離單元包括：第一光電耦合器和第二上拉電阻，第一光電耦合器的陽(yáng)極作為第一隔離單元的輸入端，第一光電耦合器的陰極以及發(fā)射極接地，第一光電耦合器的集電極與第二上拉電阻的一端電連接，并作為第一隔離單元的輸出端，第二上拉電阻的另一端與電源端電連接；第二隔離單元包括：第二光電耦合器和第三上拉電阻，第二光電耦合器的陽(yáng)極與電源端電連接，第二光電耦合器的陰極作為第二隔離單元的輸入端，第二光電耦合器的發(fā)射極接地，第一光電耦合器的集電極與第三上拉電阻的一端電連接，并作為第二隔離單元的輸出端，第三上拉電阻的另一端與電源端電連接。

21、在一些實(shí)施例中，電源開關(guān)單元包括：電源光電耦合器，電源光電耦合器的陽(yáng)極作為電源開關(guān)單元的控制端，電源光電耦合器的陰極接地，電源光電耦合器的發(fā)射極作為電源開關(guān)單元的一端，電源光電耦合器的集電極作為電源開關(guān)單元的另一端。

22、在一些實(shí)施例中，該診斷電路還包括：第一分壓電阻，第一分壓電阻的一端接地，第一分壓電阻的另一端與第二分壓電阻的一端電連接，并用于輸出第一參考電壓；第二分壓電阻，第二分壓電阻的另一端與第三分壓電阻電連接，并用于輸出第二參考電壓；以及第三分壓電阻，第三分壓電阻的另一端與電源端電連接。

23、在一些實(shí)施例中，該診斷電路，還包括：第一限流電阻，電源開關(guān)單元的一端經(jīng)由第一限流電阻與所述接線正端電連接。

24、診斷電路包括：電源開關(guān)單元，電源開關(guān)單元的一端與數(shù)字量輸入輸出電路的接線正端電連接，電源開關(guān)單元的另一端與電源端電連接；數(shù)字量輸出診斷單元，與所述數(shù)字量輸入輸出電路電連接，被配置為在所述接線正端的電壓大于或者等于第一電壓閾值時(shí)生成第一狀態(tài)的數(shù)字量輸出診斷信號(hào)，以及在所述接線正端的電壓小于第一電壓閾值時(shí)生成第二狀態(tài)的數(shù)字量輸出診斷信號(hào)；以及控制單元，被配置為控制電源開關(guān)單元斷開，并且控制數(shù)字量輸入輸出電路輸出表征斷開狀態(tài)的數(shù)字量，以及響應(yīng)于確定數(shù)字量輸出診斷信號(hào)處于第二狀態(tài)確定關(guān)于數(shù)字量輸入輸出電路的數(shù)字量輸出負(fù)載存在接線故障。該診斷電路能夠準(zhǔn)確診斷出關(guān)于數(shù)字量輸入輸出電路的數(shù)字量輸出負(fù)載是否存在接線故障。

25、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識(shí)本公開的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本公開的范圍。本公開的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。