本實用新型涉及一種用于IO口的電平翻轉(zhuǎn)電路。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和自動化水平的不斷提高，PLC、機器人等在工業(yè)領(lǐng)域有著越來越廣泛的應用；但目前工業(yè)領(lǐng)域大量使用的PLC、機器人許多來自國外的廠商，而國外廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品又遵循著不同的標準；比如PLC分為歐標和美標，有的設(shè)備輸出低電平有效，有的設(shè)備輸出高電平有效，給不同的設(shè)備通訊帶來了麻煩。

在實際應用過程中往往需要使用IO口電平翻轉(zhuǎn)電路，對不同設(shè)備IO口之間往往需要進行電平轉(zhuǎn)換，進而保證設(shè)備之間的通訊正常和工作正常；但事實上，在設(shè)備工作過程中，電平的狀態(tài)除了高電平和低電平外，還有高阻態(tài)（懸空，無電流）的情況，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換方式只針對于高低電平進行翻轉(zhuǎn)，不能實現(xiàn)高阻態(tài)轉(zhuǎn)換輸出，給設(shè)備通訊帶來了諸多不便，也不利于工業(yè)領(lǐng)域中PLC、機器人等的正常工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于IO口的電平翻轉(zhuǎn)電路，既能夠?qū)崿F(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換，也能夠?qū)崿F(xiàn)高阻態(tài)的轉(zhuǎn)換輸出。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種用于IO口的電平翻轉(zhuǎn)電路，包括電平輸入端、串并分壓電路、翻轉(zhuǎn)輸出電路和電平輸出端；電平輸入端依次通過串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路與電平輸出端連接；

所述串并分壓電路包括電阻R4、電阻R7、電阻R8、電阻R10和電容C3；所述電阻R4的第一端連接24V的VCC電源，電阻R4的第二端依次通過電阻R7、電阻R8和電阻R10接地；電平輸入端與電阻R7和電阻R8的公共端連接；所述電阻R4和電阻R7的公共端以及電阻R8和電阻R10的公共端均連接到電容C3的第一端；電容C3的第二端接地；所述電容C3的第一端還與轉(zhuǎn)換輸出電路連接；

所述翻轉(zhuǎn)輸出電路包括第一運放U2A和第二運放U2B；第一運放U2A同相端連接8V的電源，第一運放U2A的反相端連接所述電容C3的第一端，第一運放U2A的輸出端通過電阻R5連接到第一MOS管U1A的柵極；第二運放U2B的同相端連接所述電容C3的第一端，第二運放的反向端連接16V的電源，第二運放U2B的輸出端通過電阻R9連接到第二MOS管U1B的柵極；

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源連接，第一MOS管U1A的源極與第二MOS管U1B的漏極連接，所述第二MOS管U1B的源極接地，且第一MOS管U1A源極與第二MOS管U1B的漏極的公共端連接到電平輸出端。

進一步地，所述第一運放U2A與電阻R5的公共端通過電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負極接地。

進一步地，所述第二運放U2B與電阻R9的公共端通過電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過電阻R12接地。

進一步地，所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復保險絲F1。

進一步地，所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D1，第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負極連接。

所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D3，第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負極連接。

其中，所述第一運放U2A和第二運放U2B均由29V的VCC電源供電。

所述電平翻轉(zhuǎn)電路還包括電位供給模塊，所述電位供給模塊分別與第一運放U2A和第二運放U2B連接。

本實用新型的有益效果是：(1)串并分壓電路將信號的高電平、低電平或高阻態(tài)轉(zhuǎn)換為三種不同固定的電壓；再由翻轉(zhuǎn)輸出電路對三種固定電壓進行處理，獲得輸入信號中高電平、低電平或高阻態(tài)的翻轉(zhuǎn)電平進行輸出，既能實現(xiàn)對高低電平的翻轉(zhuǎn)，也能實現(xiàn)對高阻態(tài)的轉(zhuǎn)換輸出。

（2）第一運放U2A與電阻R5的公共端通過電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負極接地；第二運放U2B與電阻R9的公共端通過電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過電阻R12接地，通過發(fā)光二極管D2、D4指示能夠確定整個電路的工作狀態(tài)。

（3）第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復保險絲F1，能夠避免出現(xiàn)負載過流，電源倒灌等情況。

（4）所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D3，第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負極連接；第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負極連接；針對后級接入感性負載的情況，在突然斷電的時候能產(chǎn)生一個泄放回路，對整個電路具有保護作用。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術(shù)方案，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種用于IO口的電平翻轉(zhuǎn)電路，包括電平輸入端、串并分壓電路、翻轉(zhuǎn)輸出電路和電平輸出端；電平輸入端依次通過串并分壓電路和翻轉(zhuǎn)輸出電路與電平輸出端連接；

所述串并分壓電路包括電阻R4、電阻R7、電阻R8、電阻R10和電容C3；所述電阻R4的第一端連接24V的VCC電源，電阻R4的第二端依次通過電阻R7、電阻R8和電阻R10接地；電平輸入端與電阻R7和電阻R8的公共端連接；所述電阻R4和電阻R7的公共端以及電阻R8和電阻R10的公共端均連接到電容C3的第一端；電容C3的第二端接地；所述電容C3的第一端還與轉(zhuǎn)換輸出電路連接；

在本申請的實施例中，電阻R4為200K，電阻R7為100K，電阻R8為100K，電阻R10為200K（電阻R4、R7、R8、R10的阻值比為2:1:1:2），電容C3采用104電容（0.1uF）；根據(jù)電阻R4、R7、R8、R10的串并結(jié)構(gòu)結(jié)合分壓公式可知，當輸入為24V高電平時，電容C3兩端的電壓為24*R10/ (1/(1/R4+1/R7+1/R8)+R10)=20V，當輸入為0V的低電平時，電容C3兩端的電壓為24*1/(1/R10+1/R7+1/R8)/ (1/(1/R10+1/R7+1/R8)+R4)=4V；當輸入為高阻態(tài)（浮空）時，C3兩端的電壓=24*R10/(R4+R10)=12V。

所述翻轉(zhuǎn)輸出電路包括第一運放U2A和第二運放U2B；第一運放U2A同相端連接8V的電源，第一運放U2A的反相端連接所述電容C3的第一端，第一運放U2A的輸出端通過電阻R5連接到第一MOS管U1A的柵極；第二運放U2B的同相端連接所述電容C3的第一端，第二運放的反向端連接16V的電源，第二運放U2B的輸出端通過電阻R9連接到第二MOS管U1B的柵極；

所述第一運放U2A和第二運放U2B均由29V的VCC電源供電。在本申請的實施例中，第一運放U2A和第二運放U2B采用LM358來實現(xiàn)；LM358的1腳為第一運放U2A的輸出端，2腳為第一運放U2A的反相端，3腳為第一運放U2A的同相端；5腳為第二運放U2B的同相端，6腳為第二運放U2B的反相端，7腳為第二運放U2B的輸出端；8腳接29V的VCC電源，4腳接地；在LM358芯片8腳與29V的VCC電源之間還設(shè)置有接地電容C1（電容104, 0.1uF）。

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源連接，第一MOS管U1A的源極與第二MOS管U1B的漏極連接，所述第二MOS管U1B的源極接地，且第一MOS管U1A源極與第二MOS管U1B的漏極的公共端連接到電平輸出端。所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括發(fā)光二極管D2，第一運放U2A與電阻R5的公共端通過電阻R6連接到發(fā)光二極管D2的正極，發(fā)光二極管D2的負極接地。所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括發(fā)光二極管D4，第二運放U2B與電阻R9的公共端通過電阻R11連接到發(fā)光二極管D4的正極，發(fā)光二極管D4的負極接地；所述電阻R9與第二MOS管U1B的公共端通過電阻R12接地；在本申請的實施例中電阻R5、R6、R11、R12均為10K，電阻R9為20K；第二MOS管U1B和第一MOS管U1A可用包含兩個MOS管的AO4828實現(xiàn)。

其中，第一運放U2A和第二運放U2B作為電壓比較器使用，電壓比較器的特點是當同相（+）端的電壓大于反相（-）端的電壓的時候，輸出端輸出高電平（電源正電壓）。當同相（+）端的電壓小于反相（-）端的電壓的時候，輸出端輸出低電平（電源負電壓）；在串并分壓電路中已經(jīng)將輸入的高電平、低電平、高阻態(tài)分別對應到C3兩端的電壓20V、4V、12V上；因此當輸入>16V（即輸入為高電平，C3兩端電壓為20V），U2B的7腳輸出高電平（此處為29V），發(fā)光二極管D4被點亮，U2A的1腳輸出低電平(此處為0V)，MOS管U1B導通，U1A截止，此時輸出端承受灌電流（輸出低電平有效信號，實現(xiàn)了高電平到低電平的翻轉(zhuǎn)）。當輸入<8V（即輸入為低電平，C3兩端電壓為4V）， U2B的7腳輸出低電平（此處為0V），U2A的1腳輸出高電平(此處為29V)，發(fā)光二極管D2被點亮，MOS管U1A導通，U1B截止，此時輸出端承受拉電流（輸出高電平有效信號，實現(xiàn)了低電平到高電平的翻轉(zhuǎn)）。當輸入信號>8V并且<16V時（即輸入高阻態(tài)，C3兩端電壓為12V），U2A輸出低電平，U2B輸出低電平，MOS管U1A截止，U1B截止，此時輸出端為高阻態(tài)（懸空，無電流）。

所述第一MOS管U1A的漏極與24V的VCC電源之間還設(shè)置有自恢復保險絲F1（24V，1.1A），避免出現(xiàn)負載過流，電源倒灌等情況。

所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D1，第一MOS管U1A源極與續(xù)流二極管D1的正極連接，第一MOS管U1A漏極與續(xù)流二極管D1的負極連接。所述的翻轉(zhuǎn)輸出電路還包括續(xù)流二極管D3，第二MOS管UIB的源極與續(xù)流二極管D3的正極連接，第二MOS管UIB的漏極與續(xù)流二極管D3的負極連接。續(xù)流二極管D1、D3針對后級接入感性負載的情況，比如繼電器、電磁閥等，在突然斷電的時候能有一個泄放回路。

所述電平翻轉(zhuǎn)電路還包括電位供給模塊，所述電位供給模塊分別與第一運放U2A和第二運放U2B連接，具體地，所述的電位供給包括電阻R1、電阻R2和電阻R3，電阻R1的一端與24V的VCC電源連接，另一端依次通過電阻R2和電阻R3接地，電阻R1、R2和R3阻值相同（本申請中取100K），電阻R1、R2的公共端作為16V的輸出端，與第二運放U2B的反相端（LM358的6腳）連接；電阻R2和R3的公共端作為8V的輸出端，與第一運放U2A的同相端（LM358的3腳）連接；基于電位供給模塊，使得整個電路的電源模塊只需要提供24V和29V的VCC電源即可工作，不必再針對8V和16V電位提供單獨的電源，簡化了電源結(jié)構(gòu)和復雜度。