输入/输出系统实现主机与I/O设备之间的数据传送，可以采用不同的控制方式，常用的I/O控制方式有程序查询，程序中断，DMA和通道等，其中前两种方式更依赖于CPU中程序指令的执行。



程序查询方式

信息交换的控制完全由主机执行程序实现，程序查询方式的接口中设置一个数据缓冲寄存器（数据端口）和一个设备转态寄存器（状态端口）。



程序中断方式



程序中断方式的工作流程

1> 中断请求

中断请求是指中断源向CPU发送中断请求信号。每个中断源向CPU发送中断请求的时间是随机的。为记录中断事件并区分不同的中断源，中断系统需对每个中断源设置中断请求标记触发器INTR，当其状态为“1”时，表示中断源有请求。

外中断源是指来自处理器和内存以外的部件引起的中断，包括I/O设备发出的I/O中断，外部信号中断（用户Esc键）

内中断主要是指在处理器和内存内部产生的中断，包括程序运算引起的各种错误，如地址非法，校验错

硬件中断：通过外部的硬件产生的中断。硬件中断属于外中断。

软件中断：通过某条指令产生的中断，这种中断是可以编程实现的。软件中断是内中断。

非屏蔽中断：非屏蔽中断是一种硬件中断，此种中断通过不可屏蔽中断请求NMI控制，不受中断标志位IF的影响，即使在关中断（IF=0）的情况下也会被响应。

可屏蔽中断：可屏蔽中断也是一种硬件中断，此种中断通过中断请求标记触发器INTR控制，且受中断标志位IF的影响，在关中断情况下不受中断请求

2> 中断判优

中断判优既可以用硬件实现，有可用软件实现。硬件实现是通过硬件排队器实现的。软件实现是通过查询程序实现的。

3> CPU响应中断的条件

1.中断源有中断请求   2.CPU允许中断及开中断   3.一条指令执行完毕，且没有紧迫的任务。

4> 中断隐指令

CPU响应中断后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的。我们将它成为中断隐指令。

5> 中断向量

不同设备有不同的中断服务程序，每个中断服务程序都有一个入口地址，CPU必须找到这个入口地址，即中断向量。

多重中断和中断屏蔽技术



DMA方式

DMA方式是一种完全由硬件进行成组信息传递的控制方式，它具有程序中断方式的优点。DMA方式在外设和内存之间开辟一条“直接数据通路”信息传送不再经过CPU，降低了CPU在传送数据时的开销，因此称为直接存储器存取方式。

直接程序控制（无条件传送/程序查询方式）
无条件传送：在此情况下，外设总是准备好的，它可以无条件地随时接收CPU发来的输出数据，也能够无条件地随时向CPU提供需要输入的数据。
程序查询方式：在这种方式下，利用查询方式进行输入输出，就是通过CPU执行程序查询外设的状态，判断外设是否准备好接收数据或准备好了向CPU输入的数据，
中断方式
由程序控制1/O的方法，其主要缺点在于CPU必须等待I/O系统完成数据传输任务，在此期间CPU需要定期地查询l/O系统的恶状态，以确认传输是否完成。因此整个系统的性能严重下降。
直接主存存取（Direct Memory Access，DMA）
是指数据在主存与I/O设备间的直接成块传送，即在主存与I/O设备间传送数据块的过程中**，不需要CPU作任何干涉**，只需在过程开始启动(即向设备发出“传送一块数据”的命令）与过程结束（CPU通过轮询或中断得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪）时由CPU进行处理，实际操作由DMA硬件直接完成，CPU在传送过程中可做别的事情。

常用的I/O设备和CPU之间数据传送控制方式有4种，分别为程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式。

程序直接控制方式和中断控制方式都只适用于简单的、外设很少的计算机系统，因为程序直接控制方式耗费大量的CPU时间，而且无法检测发现设备或其他硬件产生的错误，设备与CPU、设备与设备只能串行工作。

中断控制方式虽然在某种程度上解决了上述问题，但由于中断次数多，因而CPU仍需要花费较多的时间处理中断，而且能够并行操作的设备台数也受到中断处理时间的限制，中断次数增多也导致数据丢失。

DMA方式和通道方式较好地解决了上述问题。这两种方式采用了外设和内存直接交换数据的方式。只有在一段数据传送结束时，才发出中断信号要求CPU做善后处理，从而大大减少了CPU的工作负担。]

DMA方式与通道控制方式的区别是，DMA方式要求CPU执行设备驱动程序来启动设备，给出存放数据的内存起始地址以及操作方式和传送字节长度等； 而通道控制方式则是在CPU发出I/O启动命令之后，由通道指令来完成这些工作。

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变位机是机器人工作站中常用的外围设备，机器人变位机的控制方式有两种：一、作为机器人的外部轴，由机器人控制器进行运行控制，这种控制方式变位机可以与机器人进行联动实现直线插补或圆弧插补运行，这种作为机器人外部轴的变位机相对来讲价格会很昂贵；二、通过I/O信号直接控制变位机运行，即由外部PLC直接控制运行，PLC与机器人进行信号交互，机器人间接控制变位机运行，这种控制方式的变位机相对来讲价格便宜很多，但是不能与机器人进行联动运行。本期，就来为大家介绍一下，通过I/O信号控制机器人变位机的运行仿真方法。


使用软件版本：ROBOGUIDE 9.1

一、机器人系统创建

在Roboguide软件中随便添加一款机器人数模，并创建机器人系统，创建时配置参数全部选择默认即可。



二、机器人变位机Base数模导入

机器人变位机的结构比较简单，对于单轴变位机通常分为两个部分：一、变位机Base，它是变位机的支撑机构；二、变位机旋转台，它是变位机的旋转变为机构。首先，我们来导入机器人变位机的Base机构数模。

1.点击“Cell”菜单，在弹出的对话框中依次点选“Add Machine”→“CAD File”，在弹出的对话框中浏览到文件目录C:\ProgramData\FANUC\ROBOGUIDE\Image Library\Positioners\FANUC\1AxisArcPositioner1000kg中，然后选择并打开机器人变位机Base数模1AXIS_ARC_POSITIONER_1000KG_BASE.CSB。



2.数模导入后自动弹出变位机Base属性对话框，在其下的General属性标签下，设置变位机Base位置参数，将其摆放到合适位置处。



三、机器人变位机旋转台数模导入

1.左侧工作站浏览树种Machines下右击机器人变位机Base，在弹出的快捷菜单中依次点选“Add Link”→“CAD File”，在弹出的对话框中浏览到变位机Base数模存放目录下，选择并打开变位机旋转台数模1AXIS_ARC_POSITIONER_1000KG_J1。



2.机器人变位机旋转台数模导入后自动打开属性对话框，点选Link CAD属性标签，在其下设置变位机旋转台的位置、姿态，使其正确安装到变位机Base上。



四、机器人变位机电机添加

在机器人变位机旋转台属性对话框中，点选General属性标签，在其下首先输入变位机旋转台名称1AXIS_ARC_POSITIONER_1000KG_J1，然后设置电机的位置、姿态参数，使得电机旋转轴与变位机旋转台同轴，最后取消勾选“Couple Link CAD”选项，点击Apply按钮。



五、机器人变位机运动参数配置

在机器人变位机旋转台属性对话框中，点选“Motion”属性标签，在其下的Motion Control Type下点选“Device I/O Controlled”，Inputs、Outputs功能区域下分别设置变位机的控制信号与变位机运行状态反馈信号，如下图所示。



Inputs功能区域下各个参数选项说明：
Output Dev：用于控制外围设备的机器人控制器。

IO Tag：用于控制外围设备的输入/输出信号类型和编号，例如，DO [1-10]表示信号类型为DO，并且地址从1到10。

Value：触发外围设备运行所需的信号值，只能设置ON或OFF。

Location：控制信号触发后，外围设备最终要达到的运行位置。

Test：外围设备控制信号配置运行测试

Outputs功能区域下各个参数选项说明：
Input Dev：用于接收外围设备运行状态反馈信号的机器人控制器。

IO Tag：用于反馈外围设备运行状态的输入/输出信号类型和编号，例如，DI [1-5]表示信号类型为DI，并且地址从1到5。

Value：反馈外围设备运行状态的信号值，只能设置ON或OFF。

Location：反馈信号触发后，外围设备最终运行状态对应的位置值。

六、机器人变位机手动运行测试

1.点击“Tools”菜单，在弹出的下拉菜单中点选“I/O Panel Utility”，在弹出的I/O Panel对话框中配置并添加机器人变位机控制信号与运行状态反馈信号DI[1]、DI[2]、DO[1]，使其在I/O Panel中显示。



2.在I/O Panel对话框中点击机器人变位机控制信号DO[1]，可以看到变位机数模随之控制信号的置位、复位而旋转运行，同时变位机反馈信号DI[1]、DI[2]也交替反馈变位机的运行状态。



七、机器人变位机自动运行测试

除了手动运行测试变位机以外，还可以通过编写机器人程序，对机器人变位机进行自动运行测试。

1.点击“Teach”菜单，在弹出的下拉菜单中点击“Add TP Program”，在弹出的Add Program对话框中输入TP程序名称，点击确定按钮。



2.此时自动弹出机器人虚拟示教器，然后在其中编写如下图所示的程序，用以控制机器人变位机的运行。



3.点击“Cycle Start”命令按钮，机器人变位机数模开始按照编写的控制程序旋转运行，直到程序结束为止。



The End

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