一种机械手扩展输入输出接口控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种控制电路，尤其是一种输入输出扩展电路。

背景技术：

机械手可代替人的繁重劳动，实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。目前机械手控制电路大部分是基于FPGA芯片控制电路，由于机械手脉冲伺服控制电路输入控制接口、输出控制接口多，需要大量用到控制芯片的I/O接口，而主控芯片I/O接口资源不足，所以传统的机械手用FPGA芯片做I/O接口扩展功能。FPGA 芯片价格较高，甚至会超过主控芯片的价格，导致PCBA成本较高。由于FPGA 芯片需要一个独立的编程软件支持工作，导致增加软件编程工作量，而且产品系统功能需要做修改及更换时需要大量的软件编程工作，而主控芯片与FPGA芯片之间通过软件协议通讯，增加系统通讯复杂度，也相应的增加了产品工作的不稳定性。产品开发难度增加，开发周期较长。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种成本低、稳定性强，可实现输入输出接口扩展的机械手控制电路。

本实用新型所采用的技术方案是：一种机械手扩展输入输出接口控制电路，包括主控芯片、译码器、反向器、输入控制缓冲器、输出控制触发器、输入接口控制电路和输出接口控制电路；所述主控芯片包括数据线端、地址输出端和使能输出端，所述输入控制缓冲器包括使能输入端、输出端、输入端，所述输出控制触发器包括使能输入端、输入端、输出端，所述主控芯片的数据线端通过输入控制缓冲器与输入接口控制电路连接，所述输入控制缓冲器的使能输入端接收来自译码器输出端输出的使能信号、输入端接收来自输入接口控制电路的信号、输出端与主控芯片的数据线端连接，所述主控芯片的数据线端通过输出控制触发器与输出接口控制电路的连接，所述输出控制触发器的使能输入端接收来自主控芯片的使能输出端输出的使能信号、输入端与主控芯片的数据线端连接、输出端与输出接口控制电路连接，所述主控芯片的地址输出端与译码器的输入端连接，译码器的输出端分别与输入控制缓冲器的使能输入端、反向器的输入端连接，所述反向器的输出端与输出控制触发器的触发信号输入端连接。

优选的，所述的主控芯片为DSP芯片。

优选的，所述的输出控制触发器是三态触发器。

优选的，所述的输入控制缓冲器是三态缓冲器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在传统控制电路上做优化修改，通过主控芯片将输入电路信号与输出电路信号统一用I/O接口并联使用电路设计，极大地节约了主控芯片的控制信号脚位，克服现有技术中使用FPGA扩展输入输出接口稳定性低、成本高的问题，减小控制电路板尺寸，节省PCBA成本，减少软件开发数量，提供系统工作稳定性，缩短产品开发周期，增加产品系统功能修改灵活性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路图；

图2是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路输出信号控制流程图；

图3是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路输入信号控制流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路图。

图2是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路输出信号控制流程图，主控芯片地址输出端输出选择信号A0、A1、A2给译码器，当主控芯片需要输出其中一路或者几路控制信号时，做输出控制的信号脚位将不接收来自输入电路的输入信号。主控芯片输出需要打开的缓冲器信号给译码器，译码器输出关闭输入信号到输入控制缓冲器，输入控制缓冲器关闭，主控芯片输出使能信号到输出控制触发器，主控芯片数据线端输出数据信号D0至D7到输出控制触发器，译码器根据主控芯片的数据指令打开相对应的输出接口控制缓冲器，译码器输出控制选择信号给反向器，反向器做反向触发输出电路触发信号到相对应的输出控制触发器，进而使输出信号触发器输出信号给相对应的输出接口控制电路。

如图1所示，下面以控制系统输出“真空吸1”信号为例，详述本实用新型的输出控制系统的实现原理。

U18为主控DSP芯片，U10、U11、U12、U13四个IC芯片同为输出端口控制三态触发器，U3、U5、U6为输入端口控制三态缓冲器，主控芯片与输入输出端口的通讯是以并联方式的8位数据线（D0至D7）通讯，“真空吸1”信号由U10的输出脚输出控制，当只有“真空吸1”信号输出时，U11、U12、U13及U3、U5、U6必须处于不工作状态。

1.主控芯片的GPIO脚输出0V信号，同时输出使能信号打开U10、U11、U12、U13的使能。

2.主控芯片通过地址输出端口A0、A1、A2来控制译码器U7的输出端输出选择信号，U7的输出端经过反向触发器U8做反向触发，经由反向触发器U8的第6脚输出一个由低到高的触发信号到U10，进而打开U10使其进入工作模式，同时主控芯片也通过地址输出端口A0、A1、A2控制U7输出选择信号将U11、U12、U13关闭，使U11、U12、U13处于不工作状态。

3.主控芯片通过数据线端D3输出“真空吸1”信号到U10，U10的第一输出脚将“真空吸1”信号通过输出控制电路输出到外部机械手，完成一个控制信号的输出。控制信号输出完成后，在主控芯片接收到输入控制电路的输入信号之前，将保持该输出信号的状态。

4.主控芯片的数据线端D3同时并联连接到U11、U12、U13三个输出控制触发器及U3、U5、U6三个输入控制缓冲器。由于U11、U12、U13被U7关闭不工作，D3信号对U11、U12、U13无效。而U3、U5、U6控制信号的使能脚也被U7关闭不工作，所以此时数据线端D3上的U3、U5、U6也是工作无效状态。

图3是本实用新型的机械手扩展输入输出接口控制电路输入信号控制流程图。

主控芯片输出关闭输出使能信号到输出控制缓冲器，使输出控制缓冲器处于关闭工作状态，译码器接收来自主控芯片的地址输出端输出选择信号A0、A1、A2，向输入控制缓冲器输入控制选择信号，主控芯片通过数据线端D0至D7分别扫描输入控制缓冲器的输入信号，若主控芯片读到来自输入控制缓冲器的输入信号，则做下一步动作输出，若主控芯片超时未读取到信号，则输出报警信息。

下面以控制系统输入“真空吸1限”信号为例，详述本实用新型的输入控制系统的实现原理。如图1所示：

对于本实用新型的输入接口控制工作方式如下：

1.主控芯片数据线切换到输入状态之前，关闭输出控制三态触发器U10、U11、U12、U13的使能端口，输出端口电路将关闭。

2.主控芯片进入输入信号状态后，在一个时间周期内，通过译码器U7将分别打开U3、U5、U6控制信号的使能脚，并通过数据线端D0至D7分别扫描U3、U5、U6的输入信号。

3.主控芯片读到来自U3、U5、U6的输入信号后作出下一步控制信号的输出。

根据上述控制输出“真空吸1”信号方式，主控芯片完成一个输出控制信号，系统软件将D0至D7的数据线切换到输入信号状态。

1.主控芯片通过U7控制首先打开U6控制信号的使能脚。

2.主控芯片通过数据线端D0至D7对U6的输入信号进行扫描。

3.D0至D7数据线上没有扫描到输入信号，主控芯片通过U7关闭U6，然后再打开U5控制信号的使能脚。

4.主控芯片通过数据线端D0至D7对U5的输入信号进行扫描。

5.D0至D7数据线上没有扫描到输入信号，主控芯片通过U7关闭U5，然后再打开U3控制信号的使能脚。

6.主控芯片通过数据线端D0至D7对U3的输入信号进行扫描。

7.主控芯片 D0 数据线上扫描到“真空吸1限”信号。

8.主控芯片读出“真空吸1限”信号后做出下一步控制信号的输出。

9.如果主控芯片在 U6、U5、U3上都没有扫描的输入信号将会进行第2轮的输入信号扫描周期。

10.如果在规定时间内没有扫描到任何输入信号，主控系统将输出机械手工作异常报警提示。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。