淮海工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)嵌入式_英創(chuàng)信息技術(shù)基于英創(chuàng)ARM主板的繼電器控制驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)介紹

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淮海工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)嵌入式_英創(chuàng)信息技術(shù)基于英創(chuàng)ARM主板的繼電器控制驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)介紹,   

在很多的智能控制系統(tǒng)中，通常會(huì)使用繼電器來控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有些繼電器是控制設(shè)備的電源等關(guān)鍵位置。所以在系統(tǒng)沒有發(fā)出正確的指令時(shí)，繼電器等關(guān)鍵控制部件不能有任何的誤動(dòng)作。由于現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)越來越復(fù)雜，功能也越來越多，且有很CPU的引腳在上電時(shí)候，不能保證引腳電平的恒定。另外，從系統(tǒng)上電啟動(dòng)到應(yīng)用軟件控制繼電器，一般需要10s或更長(zhǎng)的時(shí)間。而設(shè)備要求系統(tǒng)上電及啟動(dòng)的整個(gè)期間，繼電器不能有任何動(dòng)作，確保設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的運(yùn)行。所以，在設(shè)計(jì)繼電器驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際控制信號(hào)，確認(rèn)是否需要額外的輔助電路來保證繼電器的可靠。

英創(chuàng)公司的ARM工控主板也不例外，啟動(dòng)時(shí)間在10s左右，上電時(shí)，部分GPIO引腳與ISA信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)一瞬間的跳變，如果直接使用GPIO信號(hào)作為控制繼電器的信號(hào)，就可能導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。下面分別說明使用英創(chuàng)的ARM工控主板的ISA總線和GPIO控制繼電器時(shí)的參考設(shè)計(jì)電路。

情況1：GPIO信號(hào)與上電同步為高電平


橙色線為供電電源：DC5V
綠色線為GPIO線電平狀態(tài)

英創(chuàng)公司的EM9x60系列主板的所有GPIO引腳信號(hào)，在系統(tǒng)上電的時(shí)候都是這種類型信號(hào)波形，EM9280的引腳類型1（請(qǐng)參考：《EM9280的GPIO引腳上電時(shí)序及說明》）也是這樣的波形。這種類型的GPIO引腳用來控制繼電器，是非常方便的。下面的電路圖，是使用這種類型的GPIO信號(hào)控制繼電器的參考電路：

  

電路說明：

1、這種類型的繼電器控制電路，需要使用負(fù)邏輯控制（即：控制信號(hào)為高電平時(shí)，繼電器不吸合�？刂菩盘�(hào)為低電平時(shí)，繼電器吸合）。

2、由于GPIO信號(hào)高電平都為3.3V，所以光電隔離器的IF電源使用3.3V。

3、為了使光電隔離器充分飽和，IF電流需要設(shè)計(jì)為10mA左右，所以限流電阻為330歐/33mW，因此可以選用0603封裝電阻（0.125W）就可以滿足要求。

4、為了滿足控制邏輯的正確性，同時(shí)也為了保護(hù)系統(tǒng)的CPU不要吸收太多電流，造成CPU發(fā)熱過大，或?qū)е翯PIO損壞，所以在GPIO腳上串入一個(gè)74HC04反向驅(qū)動(dòng)，74HC04供電為3.3V。

5、控制邏輯：

GPIO為高電平—74HC04輸出低電平—光電隔離器導(dǎo)通飽和輸出導(dǎo)通--驅(qū)動(dòng)三極管截止—繼電器不吸合

GPIO為低電平—74HC04輸出高電平—光電隔離器截止--驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通—繼電器吸合

情況2：GPIO引腳上電時(shí)，有一個(gè)2V的臺(tái)階，150ms-300ms后再變化為高電平

  

橙色線為供電電源：DC5V
綠色線為GPIO線電平狀態(tài)

這類信號(hào)，主要出現(xiàn)在EM928x系列主板的GPIO、EM9280的GPIO類型2（請(qǐng)參考：《EM9280的GPIO引腳上電時(shí)序及說明》）。系統(tǒng)上電后，該臺(tái)階電平約2V、150ms-300ms。如果直接使用這種類型的GPIO引腳來控制繼電器，可能會(huì)在上電的時(shí)候影響繼電器，導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作。所以使用這種類型的GPIO引腳控制繼電器的應(yīng)用中，需要在系統(tǒng)上電時(shí)，將該臺(tái)階電平轉(zhuǎn)換為3.3V的高電平：基本思路是使用一顆能夠識(shí)別1.8V及以上電平為高電平的器件，如74LVC04（3.3V供電，VIH最低為1.8V），替換情況1中的74HC04，再安照情況1的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)即可。

情況3：GPIO上電時(shí)為低電平，7ms后再變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)

  

橙色線為供電電源：DC5V
綠色線為GPIO線電平狀態(tài)

這類信號(hào)主要出現(xiàn)在EM335x系列主板的GPIO上電時(shí)。上電后，GPIO為低電平的最寬時(shí)間約7ms，然后再變?yōu)楦唠娖�。�?duì)于一些高靈敏度的繼電器而言，可能會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)的情況。所以使用這種類型的GPIO引腳控制繼電器，可以參考如下的電路：

  

電路說明：

1、這種類型的繼電器控制電路，需要使用負(fù)邏輯控制（即：控制信號(hào)為高電平時(shí)，繼電器不吸合。控制信號(hào)為低電平時(shí)，繼電器吸合）。

2、上電時(shí)，電源管理器ADM6711（該器件內(nèi)置輸出驅(qū)動(dòng)，如果選用OC輸出的，需要在輸出端加上拉電阻）輸出約200ms低電平，反向后得到高電平信號(hào)RST_High，再輸入給或非門74HC36。而200ms以后，信號(hào)RTS_High變?yōu)榈碗娖剑�此時(shí)GPIO信號(hào)早已為高，這期間門電路輸出端一直保持低電平，從而保證系統(tǒng)在上電啟動(dòng)的過程中繼電器不會(huì)吸合。

3、由于GPIO信號(hào)高電平都為3.3V，所以光電隔離器的IF電源使用3.3V，或非門器件74HC36也使用3.3V供電。

4、控制邏輯：

GPIO為高電平—74HC36輸出低電平—光電隔離器導(dǎo)通飽和輸出導(dǎo)通--驅(qū)動(dòng)三極管截止—繼電器不吸合

GPIO為低電平—74HC36輸出低電平—光電隔離器截止--驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通—繼電器吸合

情況4：使用ISA總線擴(kuò)展出DOUT來控制繼電器

在EM9x60與EM335x系統(tǒng)中，GPIO引腳資源不夠的情況下，可以使用ISA總線來擴(kuò)展DOUT端口，再連接控制繼電器。按照ISA總線8位數(shù)據(jù)寬度，一個(gè)地址可以最多擴(kuò)展控制8路繼電器。

使用ISA總線擴(kuò)展DOUT信號(hào)控制繼電器的應(yīng)用中，輸出鎖存器的初始狀態(tài)，需要在系統(tǒng)上電的時(shí)候復(fù)位，以確定初始電平狀態(tài)。因此可以使用一個(gè)電源管理器件（ADM6711）在系統(tǒng)上電的時(shí)候，產(chǎn)生一個(gè)約200ms的復(fù)位信號(hào)來給輸出鎖存器復(fù)位。使用ISA總線方式來擴(kuò)展控制繼電器的參考設(shè)計(jì)電路如下：

  

  

電路說明：

1、這種類型的繼電器控制電路，需要使用正邏輯控制（即：控制信號(hào)為高電平時(shí)，繼電器吸合�？刂菩盘�(hào)為低電平時(shí)，繼電器不吸合）。

2、ISA輸出鎖存器需使用74HC273，因?yàn)樗�有�?fù)位清零端口，可以滿足設(shè)計(jì)需求。

3、參考圖中的WR_CSN0信號(hào)，是由ISA總線的#WE，#CS以及地址譯碼信號(hào)而產(chǎn)生的唯一有效信號(hào)。

4、控制邏輯：

DOUT0為高電平—光電隔離器截止--驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通—繼電器吸合

DOUT0為低電平—光電隔離器飽和導(dǎo)通--驅(qū)動(dòng)三極管截止—繼電器不吸合

以上參考設(shè)計(jì)電路，其最主要的目的，就是根據(jù)所選用的控制信號(hào)的特征，或額外增加輔助電路，在系統(tǒng)上電、啟動(dòng)過程中，絕對(duì)保證繼電器控制信號(hào)不發(fā)生任何變化，直到應(yīng)用軟件啟動(dòng)并能夠接管繼電器控制信號(hào)資源。只要能夠達(dá)到這樣的設(shè)計(jì)目的，就是可以使用的控制電路，并不局限于參考設(shè)計(jì)電路。