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英创信息技术基于英创ARM主板的继电器控制驱动
时间:2020-08-02 11:21

  来控制终端设备的运行状态,有些继电器是控制设备的电源等关键位置。所以在系统没有发出正确的指令时,继电器等关键控制部件不能有任何的误动作。由于现在嵌入式系统越来越复杂,功能也越来越多,且有很的引脚在上电时候,不能保证引脚电平的恒定。另外,从系统上电启动到应用软件控制继电器,一般需要10s或更长的时间。而设备要求系统上电及启动的整个期间,继电器不能有任何动作,确保设备不会出现错误的运行。所以,在设计继电器驱动的时候,要根据实际控制信号,确认是否需要额外的辅助

  英创公司的ARM工控主板也不例外,启动时间在10s左右,上电时,部分GPIO引脚与ISA信号也会出现一瞬间的跳变,如果直接使用GPIO信号作为控制继电器的信号,就可能导致继电器出现错误的动作,影响设备的正常运行。下面分别说明使用英创的ARM工控主板的ISA总线和GPIO控制继电器时的参考设计电路。

  英创公司的EM9x60系列主板的所有GPIO引脚信号,在系统上电的时候都是这种类型信号波形,EM9280的引脚类型1(请参考:《EM9280的GPIO引脚上电时序及说明》)也是这样的波形。这种类型的GPIO引脚用来控制继电器,是非常方便的。下面的电路图,是使用这种类型的GPIO信号控制继电器的参考电路:

  1、这种类型的继电器控制电路,需要使用负逻辑控制(即:控制信号为高电平时,继电器不吸合。控制信号为低电平时,继电器吸合)。

  2、由于GPIO信号高电平都为3.3V,所以光电隔离器的IF电源使用3.3V。

  3、为了使光电隔离器充分饱和,IF电流需要设计为10mA左右,所以限流电阻为330欧/33mW,因此可以选用0603封装电阻(0.125W)就可以满足要求。

  4、为了满足控制逻辑的正确性,同时也为了保护系统的CPU不要吸收太多电流,造成CPU发热过大,或导致GPIO损坏,所以在GPIO脚上串入一个74HC04反向驱动,74HC04供电为3.3V。

  GPIO为高电平—74HC04输出低电平—光电隔离器导通饱和输出导通--驱动三极管截止—继电器不吸合

  GPIO为低电平—74HC04输出高电平—光电隔离器截止--驱动三极管导通—继电器吸合

  情况2:GPIO引脚上电时,有一个2V的台阶,150ms-300ms后再变化为高电平

  这类信号,主要出现在EM928x系列主板的GPIO、EM9280的GPIO类型2(请参考:《EM9280的GPIO引脚上电时序及说明》)。系统上电后,该台阶电平约2V、150ms-300ms。如果直接使用这种类型的GPIO引脚来控制继电器,可能会在上电的时候影响继电器,导致出现误动作。所以使用这种类型的GPIO引脚控制继电器的应用中,需要在系统上电时,将该台阶电平转换为3.3V的高电平:基本思路是使用一颗能够识别1.8V及以上电平为高电平的器件,如74LVC04(3.3V供电,VIH最低为1.8V),替换情况1中的74HC04,再安照情况1的驱动电路设计即可。

  这类信号主要出现在EM335x系列主板的GPIO上电时。上电后,GPIO为低电平的最宽时间约7ms,然后再变为高电平。对于一些高灵敏度的继电器而言,可能会出现跳动的情况。所以使用这种类型的GPIO引脚控制继电器,可以参考如下的电路:

  1、这种类型的继电器控制电路,需要使用负逻辑控制(即:控制信号为高电平时,继电器不吸合。控制信号为低电平时,继电器吸合)。

  2、上电时,电源管理器ADM6711(该器件内置输出驱动,如果选用OC输出的,需要在输出端加上拉电阻)输出约200ms低电平,反向后得到高电平信号RST_High,再输入给或非门74HC36。而200ms以后,信号RTS_High变为低电平,此时GPIO信号早已为高,这期间门电路输出端一直保持低电平,从而保证系统在上电启动的过程中继电器不会吸合。

  3、由于GPIO信号高电平都为3.3V,所以光电隔离器的IF电源使用3.3V,或非门器件74HC36也使用3.3V供电。

  GPIO为高电平—74HC36输出低电平—光电隔离器导通饱和输出导通--驱动三极管截止—继电器不吸合

  GPIO为低电平—74HC36输出低电平—光电隔离器截止--驱动三极管导通—继电器吸合

  在EM9x60与EM335x系统中,GPIO引脚资源不够的情况下,可以使用ISA总线来扩展DOUT端口,再连接控制继电器。按照ISA总线位数据宽度,一个地址可以最多扩展控制8路继电器。

  使用ISA总线扩展DOUT信号控制继电器的应用中,输出锁存器的初始状态,需要在系统上电的时候复位,以确定初始电平状态。因此可以使用一个电源管理器件(ADM6711)在系统上电的时候,产生一个约200ms的复位信号来给输出锁存器复位。使用ISA总线方式来扩展控制继电器的参考设计电路如下:

  1、这种类型的继电器控制电路,需要使用正逻辑控制(即:控制信号为高电平时,继电器吸合。控制信号为低电平时,继电器不吸合)。

  2、ISA输出锁存器需使用74HC273,因为它有复位清零端口,可以满足设计需求。

  3、参考图中的WR_CSN0信号,是由ISA总线的#WE,#CS以及地址译码信号而产生的唯一有效信号。

  以上参考设计电路,其最主要的目的,就是根据所选用的控制信号的特征,或额外增加辅助电路,在系统上电、启动过程中,绝对保证继电器控制信号不发生任何变化,直到应用软件启动并能够接管继电器控制信号资源。只要能够达到这样的设计目的,就是可以使用的控制电路,并不局限于参考设计电路。

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