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。
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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
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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。
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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。
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4、控制逻辑：
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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：
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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。
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