【15系列】SYK-0806-A2S1 工业自动化控制之【02-硬件分析&外设接线图】
大家好，我是『芯知识学堂』的SingleYork，前一篇文章给大家介绍了这款“SYK-0806-A2S1”工控板的主要功能，SYK-0806-A2S1 工业自动化控制之【01-产品简介】，今天笔者将要给大家分析一下这款板子的硬件电路。
从上一篇文章中我们知道，“SYK-0806-A2S1”这款工控板的8路输入口全部采用了光耦隔离[非完全隔离]，6路输出口采用的MOS管隔离。
其实严格的来说，这也不能算是完全隔离，因为我们的GND并没有做隔离，
而是仅仅将外部的24V输入信号跟单片机的输入口通过一个光耦进行了电气隔离，
以便单片机能够采集到外部更高电压的输入信号，比如：24V的光纤信号、光电传感器的信号、气缸磁性开关的信号等。
对于这个光耦隔离的输入电路，我们可以来看一下原理图，左侧是一个共正极（DC24V）输入，
当外部信号输入低电平时，光耦便会导通，使得光耦的4脚跟GND导通，IN00是连到单片机的输入引脚上的：
在光耦未导通的情况下，通过一个上拉电阻将单片机的输入引脚上拉至高电平；
在光耦导通后，在光耦输出端的作用下，使得单片机的输入引脚跟GND导通了，便变成了低电平，同时LED也会亮，起到一个输入指示的作用。
“SYK-0806-A2S1”工控板的输出端，单片机的输出引脚跟外部24V负载通过一个N-MOS管AO3400进行了电气隔离，
从芯片手册上来看，AO3400输出最高电压可以接30V，最大输出电流在5.8A这样一来单片机就能够驱动更大功率、更高电压的负载，
比如24V的继电器、电磁阀、风扇等。毕竟我们都知道，单片机的IO口是不能直接控制24V负载的，
直接接上去控制，IO口便会直接烧掉，所以这里做这种隔离是必须滴。输出端原理图如下图所示：
首先，单片机的IO口要设置成强推挽模式，准双向口模式是不能在这种电路当中是驱动不了这个MOS管的，
同时，初始化的时候，需要将输入口拉低，以免MOS管上电直接导通了。根据N-MOS管的导通条件：
在单片机的输出口拉低后，MOS管的G极，在外部10K电阻的作用下被拉低，
使得MOS管的GS两个引脚之间的电压小于MOS管的导通阈值，MOS管截止；
当单片机的输出口变成输出高电平的时候，使得MOS管的GS两个引脚之间的电压大于MOS管的导通阈值，MOS管导通。
Y00是直接接外部负载的，从上面的接线图中我们可以知道，外部负载的一端是直接接到24V上的，
另一端是接到板子上的，那么在MOS管没有导通的情况下，由于外部COM+和10K电阻的上拉作用，
Y00口输出的是高电平，外部负载自然就不会工作了。
在MOS管导通后，Y00直接跟GND导通，输出低电平，同时LED也会亮，起到输出指示的作用。
细心的小伙伴们或许还看到了输出端原理图中还有一个反接的二极管，那么这个二极管是干什么用的呢？
其实这个二极管的作用是续流！我们知道，感性负载在断电后，会产生反向的电动势，同时也会产生比较大的电流，
那么如果没有这个续流二极管来消耗掉这部分能力的话，那么电流就可能损坏MOS管，
所以在接感性负载的时候，这个续流二极管还是很重要的。
当然咯，其实也有很多MOS管内部也是有寄生二极管的，只是笔者在这里担心功耗的问题，
还有就是有可能需要用别的MOS管来替代AO3400的情况，担心某些MOS管可能内部没有寄生二极管，
所以外部保险起见还是另外多加了一个二极管。
不过，笔者这里的应用电路也仅仅只是给大家提供了一个参考，
在实际应用的时候，大家也可以根据实际情况来优化该电路。
接下来，我们再来看串口通信/串口下载部分，为了节省空间和板子整体布局的对称美观性，
笔者在串口接口方面直接用一个接线端子替代了传统的DB9的母头。
当然，这个接口也许在直接用串口线的时候可能会麻烦一点，需要从DB9的头中引出2/3/5三根线，
但是对于在和迪文DGUS屏通信的时候，还是比较方面，因为，迪文的DGUS屏上的接口也是用的这种接口，
这样便可以不用专用的串口线，随便找普通的线缆（带屏蔽最好）就可以连起来了。
实际上，工业上很多设备也采用这种比较灵活的接口。
最后，我们来看下SYK-0806-A2S1这款开发板的电源部分的电路，电源就相当于是整个板子的心脏，
如果电源没设计好，那么其他部分电路设计的再好也是徒劳！我们的电源电路采用的是LM2576-5V的方案，
通过整个芯片，直接将DC24V的电压降到了5V，以供单片机及其外围驱动电路使用。
下图中，F1是一个500mA的自恢复保险丝，给电路提供了一个保险。这个电路也是仅供参考，
大家在实际应用中，不同的5V的负载，对电容、电感、保险丝等元器件的选择，可以做适当的调整。
电源输入端子采用了两种，一种是标准的DC电源插头，另一种就是可插拔的2PIN间距为3.81mm的接线端子：
好了，关于SYK-0806-A2S1这款工控板的硬件原理部分就简单介绍到这里了，
因笔者能力有些，可能部分硬件电路的设计不是最优的，大家可以作为一个参考，
在实际应用中继续优化电路，以便能达到更好的效果。
下一讲：【15系列】SYK-0806-A2S1 工业自动化控制之【03-延时函数演示流水灯】
有疑问的小伙伴们可以给笔者留言或者直接评论，感谢大家的支持。
感谢SingleYork的详细分享，以下是对“SYK-0806-A2S1”工控板硬件电路的专业分析：
1. 光耦隔离输入电路分析
在工业自动化控制中，信号隔离是确保系统稳定性和安全性的关键措施。SYK-0806-A2S1工控板的8路输入口采用了光耦隔离技术，尽管并非完全隔离，但已能有效实现电气隔离，保护单片机免受外部高电压信号的干扰。
1.1 光耦隔离原理
光耦隔离的核心是通过光电转换实现信号的电气隔离。具体到SYK-0806-A2S1的输入电路：
共正极输入：外部24V信号通过光耦的输入端（LED部分）与GND形成回路。当外部信号为低电平时，光耦内部的LED导通，发出光信号。
光电转换：光信号被光耦的输出端（光电晶体管）接收，导致输出端导通，将单片机的输入引脚（如IN00）拉低至GND。
上拉电阻：在光耦未导通时，上拉电阻确保单片机的输入引脚保持高电平，避免误触发。
1.2 光耦隔离的优势
电气隔离：光耦隔离有效防止了外部高电压信号对单片机的直接冲击，提高了系统的抗干扰能力。
信号兼容性：通过光耦隔离，单片机能够安全地采集24V等高电压信号，如光纤信号、光电传感器信号等。
输入指示：光耦导通时，LED亮起，提供了直观的输入状态指示。
2. MOS管隔离输出电路分析
SYK-0806-A2S1工控板的6路输出口采用了N-MOS管AO3400进行电气隔离，这种设计使得单片机能够驱动更高电压和更大功率的负载。
2.1 MOS管隔离原理
N-MOS管特性：AO3400是一款N沟道MOS管，具有低导通电阻和高开关速度的特点。其最大耐压为30V，最大输出电流可达5.8A，适合驱动24V工业负载。
电气隔离：单片机的输出引脚通过MOS管的栅极控制MOS管的导通与截止，从而实现对负载的驱动。由于MOS管的源极与负载相连，而漏极与GND相连，因此实现了单片机与负载之间的电气隔离。
2.2 MOS管隔离的优势
高电压驱动能力：通过MOS管隔离，单片机能够安全地驱动24V等高电压负载，扩展了应用范围。
大电流输出：AO3400的高电流输出能力使得工控板能够驱动更大功率的负载，如继电器、电磁阀等。
快速开关：MOS管的快速开关特性确保了输出信号的响应速度，适用于高频率的工业控制场景。
3. 硬件设计优化建议
尽管SYK-0806-A2S1工控板在硬件设计上已具备较高的实用性和可靠性，但仍有一些优化空间：
完全隔离设计：在需要更高安全性的场合，可以考虑采用完全隔离设计，如使用隔离电源和隔离通信接口，进一步提高系统的抗干扰能力和安全性。
热管理：对于大电流输出电路，建议增加散热设计，如散热片或风扇，以确保MOS管在长时间高负载工作下的稳定性。
EMC设计：在PCB布局和布线时，应充分考虑电磁兼容性（EMC），如增加滤波电容、优化地线布局等，以减少电磁干扰对系统的影响。
4. 总结
SYK-0806-A2S1工控板通过光耦隔离输入和MOS管隔离输出的设计，实现了单片机与外部高电压信号的安全交互，满足了工业自动化控制的需求。其硬件电路设计合理，具有较高的实用性和可靠性。通过进一步的优化设计，可以进一步提升系统的性能和安全性，满足更复杂的工业应用场景。
希望以上分析对大家理解SYK-0806-A2S1工控板的硬件设计有所帮助，也期待SingleYork在后续的文章中继续分享更多关于该工控板的深入分析和应用案例。
[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]
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