[发明专利]一种基于FPGA的多通道数字量输入输出装置

说明书

本发明公开一种基于FPGA的多通道数字量输入输出装置，包括多通道输入输出模块以及FPGA控制模块，多通道输入输出模块与FPGA控制模块中FPGA的多个IO接口连接，多通道输入输出模块采集多路通道的数字量输入信号，FPGA控制模块通过FPGA从各个IO接口接收数字量输入信号，并控制通过多通道输入输出模块输出所需数字量信号；本发明具有结构简单紧凑、所需成本低、能够支持大数据量IO通信功能，实现多通道以及宽范围电压等级的数字量输入输出且占用通讯资源少、通讯速率高的优点。

技术领域

本发明涉及数字量输入输出技术领域，尤其涉及一种适用于大数据量IO通信的基于FPGA的多通道数字量输入输出装置。

背景技术

目前针对数字量输入输出通常是基于单片机或其他顺序执行的嵌入式处理器实现，即需要设置输入模块以及输出模块，由单片机作为处理器或配置顺序执行的嵌入式处理器，处理器从输入模块采集数字量信号后进行处理，从输出模块输出数字量信号，实现数字量输入输出功能。但采用上述数字量输入输出方式时，由于单片机或其他嵌入式处理器的IO引脚数量有限，仅能够适用于小数据量的IO通信中，对于大数据量的IO通信则无法满足需求；而为了适应大数据量IO通信，目前通常是将多个输入输出模块进行组合应用，再通过总线通讯实现各模块的控制，该类方式实现复杂，占用通讯资源多，同时由于顺序执行的处理器只能按顺序接收数据、处理数据以及配置IO输出、循环扫描IO状态、发送IO状态信息等，因而上述数字量输入输出方式还存在IO通讯速率低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、所需成本低、能够支持大数据量IO通信功能，实现多通道以及宽范围电压等级的数字量输入输出且占用通讯资源少、通讯速率高的基于FPGA的多通道数字量输入输出装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于FPGA的多通道数字量输入输出装置，包括多通道输入输出模块以及FPGA控制模块，所述多通道输入输出模块与所述FPGA控制模块中FPGA的多个IO接口连接，所述多通道输入输出模块采集多路通道的数字量输入信号，所述FPGA控制模块通过FPGA从各个IO接口接收所述数字量输入信号，并控制通过所述多通道输入输出模块输出所需数字量信号。

作为本发明的进一步改进：所述多通道输入输出模块包括多路用于采集数字量输入信号并转换为电压信号的输入信号处理单元、多路用于提供多种电压等级数字量信号作为输出信号的输出信号选择单元以及具有多路IO接口的IO接口单元，所述输入信号处理单元、输出信号选择单元的一端均分别与所述IO接口单元连接，另一端均分别与所述FPGA控制模块连接。

作为本发明的进一步改进：所述输出信号选择单元包括多条并联连接的开关支路，每条所述开关支路接入一种电压等级的数字量信号，各条所述开关支路由所述FPGA控制模块控制闭合、断开以输出对应电压等级的数字量信号。

作为本发明的进一步改进：所述开关支路包括相互连接的继电器以及继电器驱动单元，所述继电器驱动单元连接所述FPGA控制模块；所述继电器驱动单元包括依次连接的限流电阻、控制开关管以及续流二极管，所述续流二极管与所述继电器的线圈并联连接。

作为本发明的进一步改进：所述输入信号处理单元包括接入开关以及电压转换子单元，所述接入开关控制接入数字量输入信号，经所述电压转换子单元转换为所需电压信号输出；所述电压转换子单元包括依次连接的电阻分压电路、光耦隔离电路以及功率放大电路。

作为本发明的进一步改进：所述FPGA控制模块中FPGA配置有相互连接的信号采集单元以及逻辑译码单元，所述信号采集单元采集所述输入信号处理单元输出的电压信号，经所述逻辑译码单元进行译码后，输出对应其中一种电压等级数字量信号的译码信号至所述输出信号选择单元。