英创信息技术基于英创ARM主板的继电器控制驱动设计介绍

在很多的智能控制系统中，通常会使用继电器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CPU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电路来保证继电器的可靠。

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。

情况1：GPIO信号与上电同步为高电平

橙色线为供电电源：DC5V
绿色线为GPIO线电平状态

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：

电路说明：

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。

5、控制逻辑：

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

橙色线为供电电源：DC5V
绿色线为GPIO线电平状态

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。

情况3：GPIO上电时为低电平，7ms后再变为高电平状态

橙色线为供电电源：DC5V
绿色线为GPIO线电平状态

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：

电路说明：

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。

4、控制逻辑：

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

情况4：使用ISA总线扩展出DOUT来控制继电器

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8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：

电路说明：

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。

4、控制逻辑：

DOUT0为高电平—光电隔离器截止--驱动三极管导通—继电器吸合

DOUT0为低电平—光电隔离器饱和导通--驱动三极管截止—继电器不吸合

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。