【运动控制】关于GPIO通用输入口的锁存功能

1.背景

在运动控制器中，GPIO 通用输入口的锁存功能常用于捕捉和保存输入信号的瞬态状态，以便在稍后处理。
这在高速控制应用中非常有用，因为处理器可能无法及时响应瞬时变化。

例如有两个锁存输入，分别是锁存输入A和锁存输入B，
以下是锁存输入A和锁存输入B功能的常见描述：

锁存输入A：当运动控制器检测到某个触发条件时（如一个上升沿或下降沿），输入A口会将该时刻的输入信号状态锁存下来。即使信号随后变化，锁存的状态会被保存下来供系统读取，直到控制器复位或软件清除锁存。

锁存输入B：和锁存输入A相似，锁存输入B也会在指定的触发条件下捕捉和保存输入信号。两者的区别可能在于它们的触发条件或优先级不同，通常用于多通道、多任务的控制需求。

锁存输入A和B在以下场景中非常有用：
场景1，高速事件捕捉：例如，在一个运动控制系统中，需要精确记录限位开关或传感器信号的瞬时状态，但由于控制器处理速度限制，无法实时读取变化。
场景2，同步事件：通过锁存功能，可以确保多个输入在同一时间点捕捉，从而保证系统的时间同步性。

2.实现

锁存输入的实现通常通过硬件和软件的结合来完成，尤其是在高速运动控制系统中。
以下是锁存输入的一般实现步骤：

2.1、硬件层面实现
在硬件层面，锁存输入一般依赖于运动控制器的专用电路来捕捉和保存输入信号。硬件电路可以确保在信号状态变化非常快的情况下，能够准确地记录下特定时间点的输入状态。
比如：当传感器的输出信号从低电平变为高电平时，锁存输入口会捕捉这个上升沿并将此时的输入状态保持在锁存寄存器中，供处理器读取。

硬件实现的基本原理包括：
输入信号检测：输入端口会监测信号的电压变化（如上升沿或下降沿）。
锁存电路：一旦检测到触发事件（如信号的变化或外部触发），锁存电路会将该时刻的信号状态“锁住”，并保持这个状态，直到该状态被清除。
触发方式：可以配置成不同的触发条件，比如上升沿触发、下降沿触发、或是电平变化（高电平或低电平）。

2.2、软件层面实现
在软件层面，需要对锁存输入的配置、读取和清除进行管理。
运动控制器通常会提供相应的API或寄存器访问方式来实现这些操作。

实现步骤：
2.2.1、配置锁存功能：
通过软件设置锁存输入的触发条件，比如是上升沿触发、下降沿触发，还是双沿触发。
一些控制器可能会有专门的配置寄存器或接口，用来设置锁存输入的工作模式。

2.2.2、读取锁存状态：
当触发条件满足时，锁存的输入信号会保存到特定的寄存器或变量中。
用户可以在主程序中读取这些寄存器，获取锁存的输入状态。

2.2.3、清除锁存状态：
读取锁存状态后，需要通过软件清除锁存寄存器，以便下次事件触发时可以再次捕捉信号。

2.2.4、中断处理（可选功能）：
如果锁存输入是为了捕捉高速变化的信号，通常会结合中断机制。
在锁存输入触发后，可以通过中断向CPU发出通知，避免频繁轮询状态。

3.场景

通用输入口的锁存功能通过硬件和软件的结合，可以实现对高速信号的捕捉，并在稍后由控制器读取和处理。
一般应用场景有：
运动控制：在 CNC 或机器人控制中，用于捕捉限位开关、编码器或传感器的瞬时状态，确保精确的控制。
工业自动化：在传送带或机器设备中，锁存输入用于检测快速的输入信号，如光电传感器或接近开关。