下载文档原格式
单片机数字输入输出技术讲解单片机是一种应用广泛的嵌入式系统，其数字输入输出技术在各种电子设备和控制系统中起着重要的作用。
本文将对单片机数字输入输出技术进行详细讲解，包括数字输入和数字输出两个方面的内容。
首先，我们来了解一下数字输入技术。
单片机通过各种外部设备与外界进行交互，其中最常见的就是输入设备。
数字输入技术指的是将外部输入信号转化为单片机能够识别和处理的数字信号。
常用的数字输入设备包括按钮开关、旋钮、光电传感器等。
按钮开关是最简单常用的数字输入设备之一。
它通过接通或断开电路来实现信号的输入。
在单片机中，我们可以利用GPIO（通用输入输出端口）来读取按钮开关的状态。
通过设置GPIO的输入模式，单片机可以不断地检测按钮开关的状态，判断用户是否进行了操作。
例如，当用户按下按钮时，单片机可以响应并执行相应的程序，实现控制功能。
旋钮是另一种常见的数字输入设备，也称为电位器。
通过旋转旋钮，可以改变其中的电阻值，从而产生不同的电压信号。
单片机可以通过模拟输入接口来读取旋钮的信号，并将其转换为数字信号进行处理。
通过读取旋钮的位置信息，单片机可以实现灵活的控制。
例如，在一个温度调节系统中，用户可以通过旋钮来设置所需的温度值。
光电传感器是一种可以将光信号转换为数字信号的设备。
它通常由光源和光敏元件组成。
当被测物体遮挡光线时，光敏元件将不再接收到光信号，导致输出信号的变化。
单片机可以通过读取光电传感器的输出信号来检测物体的存在与否。
例如，在一个自动门系统中，光电传感器可以感知到门口是否有物体进入或离开，从而控制门的开关。
接下来，我们来介绍数字输出技术。
数字输出技术指的是单片机通过输出口向外部设备发送数字信号控制其工作状态。
常见的数字输出设备包括LED灯、蜂鸣器和电机。
LED灯是最常见的数字输出设备之一。
它可以通过单片机的GPIO输出高低电平来控制其亮灭状态。
通过控制LED灯的亮灭，单片机可以向外部传递信息或实现指示功能。
第四篇输入输出信号1．输入信号接口说明1．1 直流输入信号A直流输入信号A是从机床到CNC的信号，它们来自机床侧的按键，极限开关，继电器的触点及接近开关。
（1）机床侧的触点应满足下列条件：a.触点容量：DC30V、16MA以上。
b.开路时触点间的泄漏电流应小于1MA（Vmax＝26V）。
c.闭路时触点间的电压降应小于2V（电流8.5MA，包括电缆的电压降）。
（2）此类信号的信号回路如图1.1所示。
图1.11.2 直流输入信号B直流输入信号B是从机床到CNC的信号，并且是在高速下使用的信号。
（1）机床侧的触点应满足下列条件：a.触点容量：DC30V、16MA以上。
b.开路时触点间的泄漏电流应小于1MA（Vmax＝26V）。
c.闭路时触点间的电压降应小于2V（电流8.5MA，包括电缆的电压降）。
（2）此类信号的信号回路如图2.1a或2.1b所示。
图2.1a图2.1b2．输出信号接口说明直流输出信号用于驱动机床侧的继电器和指示灯，本系统的输出电路为达林顿管输出。
2.1 达林顿管输出有关参数（1）输出ON时的最大负载电流，包括瞬间电流200MA以下。
（2）输出ON时的饱和电压，200MA时最大为1.6V，典型值为1V。
（3）输出OFF时的耐电压，包括瞬间电压为24V＋20％以下。
（4）输出OFF时的泄漏电流为100μA以下。
2.2 输出驱动继电器回路2.3 输出驱动指示灯3．输入输出信号表3.1 输入信号表X0000插座脚号刀偏测量程序转跳【说明】*TCP ：刀架锁紧输入信号。
*DECX ：X轴机械回零减速输入信号。
T04～T01 ：刀位输入信号。
*XAE ：自动刀具偏置测量X轴测量到位输入信号。
M93I ：程序转跳功能输入信号。
X0001插座脚号【说明】QP ：卡盘开关输入信号。
*DECZ ：Z轴机械回零减速输入信号。
*ZAE ：自动刀具偏置测量Z轴测量到位输入信号。
PSW ：压力保护开关输入信号。
T05～T08 ：刀位输入信号。
機器人之専用輸出輸入接続配置於如下図之CRM2A Connector上、其中接続 01(IMSTP)、02(HOLD)、03(SFSPD)要連接B接點。
周辺機器INTERFACE A1専用輸入信號1 IMSTP(Immediate Stop)緊急停止1.1 意義：SOFTWARE 上之緊急停止“IMSTP 回路連接B 接點”回路“開”後、成爲緊急停止状態。
1.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):1.3 注意：本回路“B 接點”未使用時要回路短絡。
因爲機器人緊急停止對機械部份之負荷大、所以基本上機器人要一時停止時、使用“HOLD ”。
另外B 接點爲常閉開關、A 接點爲常開開關。
2 HOLD(一時停止)2.1 意義：一時停止的信號輸入時、回路在OFF 状態、機器人將減速停止。
機器人成爲PAUSE 状態。
再度啓動時、HOLD 信號ON 後、START 以PULSE 信號輸出。
安全PLUG X010緊急SW X011(B 接點)IMSTP Y100教導MODE SWX012機器人動作中HOLD(一時停止) ONOFF START(再度啓動) ONOFF2.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):注意：本回路“B 接點”未使用時要回路短絡。
2.3 備詿：HOLD 與IMSTP 輸入後、機器人停止時的差異。
＊IMSTP ……馬達電源切断 “緊急時使用” ＊HOLD ……･馬達減速後停止 “平常運轉時使用”3 SFSPD(SAFETY SPEED)安全速度3.1 意義：安全柵内之教導作業時使用。
本信號OFF 時、外部啓動輸入信號(如RSR ／PNS 或START)無効、以確保作業者之安全。
又機器人自動運轉中、本信號OFF 時機器人暫時停止。
此時可用教導盤操作機器人。
又、教導或再啓動暫時停止的機器人時有速度制限。
3.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):3.3 注意：本回路“B 接點”未使用時要回路短絡。
機器人之専用輸出輸入接続配置於如下図之CRM2A Connector上、其中接続 01(IMSTP)、02(HOLD)、03(SFSPD)要連接B接點。
周辺機器INTERFACE A1専用輸入信號1 IMSTP(Immediate Stop)緊急停止1.1 意義：SOFTWARE 上之紧急停止“IMSTP 回路连接B 接点”回路“开”后、成为紧急停止状态。
1.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):1.3 注意：本回路“B 接点”未使用时要回路短络。
因为机器人紧急停止对机械部份之负荷大、所以基本上机器人要一时停止时、使用“HOLD ”。
另外B 接点为常闭开关、A 接点为常开开关。
2 HOLD(一時停止)2.1 意義：一时停止的信号输入时、回路在OFF 状态、机器人将减速停止。
机器人成为PAUSE 状态。
再度啓動時、HOLD 信號ON 後、START 以PULSE 信號輸出。
安全PLUG X010緊急SW X011(B 接點)IMSTP Y100教導MODE SWX012機器人動作中HOLD(一時停止) ONOFF START(再度啓動) O NOFF2.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):注意：本回路“B 接点”未使用时要回路短络。
2.3 備詿：HOLD 与IMSTP 输入后、机器人停止时的差异。
＊IMSTP ……马达电源切断 “紧急时使用” ＊HOLD ……･马达减速后停止 “平常运转时使用”3 SFSPD(SAFETY SPEED)安全速度3.1 意義：安全栅内之教导作业时使用。
本信号OFF 时、外部启动输入信号(如RSR ／PNS 或START)无効、以确保作业者之安全。
又机器人自动运转中、本信号OFF 时机器人暂时停止。
此时可用教导盘操作机器人。
又、教导或再启动暂时停止的机器人时有速度制限。
3.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):3.3 注意：本回路“B 接点”未使用时要回路短络。
3.4 備詿：SFSPD 有効时、限制速度可由系统変数设定。
例如：＊ ＄SCR.$FENCEORD:設定安全柵開時的最高速度。
＊ ＄SCR.$SFJOGVLIM:設定完全柵開時、JOG 操作的最高速度。
＊ ＄SCR.$SFRUNOVLIM:设定安全栅开时、程序执行中的最高速度。
一時停止按鈕 X101機器人停止 M100HOLDY101 安全PLUG X010SFSPDY1024.1 意義：RSR ／PNS 初期启动信号之取消信号。
＜CSTOP1輸入前＞＜CSTOP1輸入後＞4.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC)(RSR 未使用時、不要使用):機器人状態RSR1 RSR2 RSR3 動作中(RSR1程式)RSR2RSR3機器人状態RSR1 RSR2 RSR3RSR 預約解除 (CYCLE STOP) X012CSTOP1 Y104A4.3 注意：系統変数 $SHELL_CFG.$USE_ABORT “FALSE ”時、且A 之状態爲。
“TRUE ”時、現在執行中之RSR1程式動作立即停止、且成爲終了状態。
4.4 備詿：一般的机器人之CYCLE 循环状态(RSR1输入１次后、开始循环)之解除如下 ＜PROGRAM ：RSR0001＞1: UTOOL_NUM=1 ;2: LBL[1];3:J PR[1:HOME] 50% FINE ;53: END;＊ 詿：DI[1]是設定爲系統操作盤上的循環停止SW(ALTERNATE)。
5 FAULT RESET 異常解除5.1 意義：机器人异常発生后、异常原因解除的输入信号。
本信号ON 时、机器人回复待机状态。
例如、FAULT RESET 的输入、可解除紧急停止的状态。
若本信号ON ／OFF 后、仍不会解除ALARM 时、表示异常还没有解决。
5.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):循環停止信號DI[1]輸入循環 控制盤 RESET 鈕 X020FAULT RESETY105操作盤 RESET 鈕 X0216.1 意義：在程序执行过程中、暂定停止。
若要再次启动、请注意程序中的光标位置、启动时将由目前光标位置接下去执行。
程序执行前是否出现对话框可由系统変数 $SHELL_CFG.$CONT_ONLY 设定。
PAUSED(一时停止)中之程序再启动时、$SHELL_CFG.$CONT_ONLY 若设为TRUE 、则将出现一对话框询问、是否由光标所在位置启动。
若设为FALSE 、则无询问、直接由光标所在位置启动(标准设定) 为确保安全、建议设为TRUE 。
6.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):6.3 注意：$SHELL_CFG.$CONT_ONLY 若設爲FALSE 時、按START 後、將無預先警告而立即起動目前書面上程式。
故爲了安全起見、此時PLC 中要加裝上述的範例回路。
7 HOME現在本信號未使用。
8 ENBL8.1 意義：机器人动作许可信号。
当本信号OFF 时、无法执行程序。
故平常信號爲ON 。
8.2 信號之使用範例(Relay 或 PLC):機器人動作HOLD(一時停止) ONOFFSTART(再度啓動)ONOFF最啓動鈕 X080機器人 PAUSED X036START Y106常時ONENBLY1089.1 意義：自动运転时、従外部选择程序并起动的信号。
如下图所示1个信号对应1个程序、最大选择程序数量4个。
信號程式RSR1 RSR0001RSR2 RSR0002RSR3 RSR0003RSR4 RSR0004RSR程式啓動前的Timing Chart如下圖所示RSR1(1)ACK1(O)PROGRUN(O)RSR2(1)ACK2(O)9.2 信號之使用範例：(1)由外部按钮直接起动RSR程序SW1製具1按鈕RSR1SW2製具2按鈕RSR2SW3製具3按鈕RSR3SW4製具4按鈕RSR424VSW3SW4RSR的程式RSR0001RSR00021: J P[1] 50% FINE ; 2: J P[2] 30% CNT10030: END1: J P[1] 50% FINE ; 2: J P[2] 50% CNT10030: END(2)由泛用信号输入启动RSR 程序1: IF GI[1]=1 CALL A_PROG 2: IF GI[1]=2 CALL B_PROG20: IF GI[1]=20 CALL T_PROGRSR 00011: GO[1]=12: WAIT DI[10]=ON 20: ENDA_PROG ROBOTPROGRUN ROBOT BUSYAUTO START M100 車體定位 ROBOTATPERCHSHUTTE 抵達RSR1 Y100車體信號OKM100SDI1 Y101M201SDI2 Y102M202SDI8 Y108 M208 OK 1 M301SDO1M201 OK 2 M302SDO2M202 OK 8 M308SDO8M208 機種確認OKM310M302M301 M308SDI10(START)Y120M310機種信號機種確認10.1 意義：自动运転时、従外部选择程序并起动的信号。
但是无法和RSR 同时使用。
PNS 启动信号如下图所示依二进制方式选择程序启动。
PNS 可选择之程序最大至255个。
PNS 程式啓動前的Timing chart 如下圖所示CMDENBL(O) PNS1～8(1) 8PNSTROBE(1)読取PNS (内部処理) SNO1～8(O)SNACK(O)PROD ＿PROGRUN(O)要保持100msec 以上。
没有一直保持ON 的設定法。
10.2 信號之使用範例：PNS1 Y101M201PNS2 Y102M202PNS8 Y108M208 M300SNO1 M301M202SNO2 M307M208SNO8 機種確認OKM310M301M300 M307PROD_STARTY121M310 PNSTROBE Y120M250 Data SETOKM201SNACK PROGRUN BUSY8BIT詿：M201、M202･･…M208是輸送帯或周邊開關等所送出的信號。
SNO1、SNO2･…SNO8是機器人爲確認PNS****信號従外部所回来的信號。
10.3 備詿：RSR及PNS的程序名称可由设定BASE号码更改。
例如、RSR0001～RSR0004及PNS0001～PNS0255可分别改为RSR0201～RSR0204及PNS5001～PNS5225.教示盘内的设定书面如下。
【RSR设定】【PNS設定】＊BASE No 可能SYSTEM変数設定 $SHELL_CFG.$JOB_BASE ***11.1 意義：由PLC程序中选择PNS1～8启动输出信号至机器人、并由PLC程序输出至PNSTROBE信号(即选择信号输出完毕OK)。
当机器人收到此信号后、机器人将输出(PNS1～PNS8)相同讯号至(SNO1～SNO8)、回到PLC做确认。
12 PROD_START12.1 意義：当PLC収到由机器人输出之确认信号“SNACK”后、此信号可确认双方选择输出是否为相同信号。
当相同时、可由PLC送一讯号给机器人之PROD_START、依此信号启动机器人。
若信号不相同时、可能为信号线断线、此时不可由PLC给予PROD_START信号、此时请于操作盘上表示、“程序选择错误”之Message Lamp。
PNS_STROBE与PROD_START为PNS启动信号。
RSR使用时、此信号不使用。
専用輸出信號1 CMDENBL1.1意義：本信號ON 時表示、PROD_START 、START ､RSR 等功能可使用。
其輸出條件爲機器人没有異常、且機器人處於Remote 状態。
且機器人符合以下條件。
（1） 教示盘T.P 处于OFF 状态。
（2） 控制盤上[Remote(外部控制)/Local(鍵盤控制)]之選擇鈕、選擇Remote(外部)。
（3） SFSPD 信号为常闭接通ON 状态。
1.2信號之使用範例：1.3 注意：输出条件需符号1之(1)、(2)、(3)项、故若有使用MMI 时、当本信号为OFF 时、请于MMI 中显示下列讯息告知操作者。
（1） 请确认教示盘T.P 处于OFF 状态。
（2） 请确认控制盘上选择钮选择Remote(外部控制)。
（3） 请确认SFSPD 信号为常闭接通ON 状态。
2 SYSRDY2.1意義：SERVO 电源ON 时输出此信号、通常当电源ON 时即输出(即系统正常)。
SERVO-OFF 状态、电源OFF 、HARD 接点SVOFF1～SVOFF2之间等系统有异常时、此时信号为开状态(即不输出信号)。
