Im Gegensatz zu analogen Wandlern, die kontinuierliche Variablen wie Druck und Temperatur erfassen, liefern viele Wandler einen Ausgang, der einen von zwei Zuständen hat: hoch oder niedrig, offen oder geschlossen. Ein Druck kann zu hoch oder eine Temperatur zu niedrig sein, was das Schließen eines Schalters auslöst. Auch die Ausgänge sind nicht streng analog – Magnetventile sind in der Regel entweder geöffnet oder geschlossen, viele Pumpen und Heizungen werden einfach ein- oder ausgeschaltet. Impulssignale sind eine weitere Form der digitalen E/A, wobei eine Umdrehung eines Turbinen-Durchflussmessers oder Drehzahlmessers einem einzelnen, zählbaren Ereignis entspricht. Digitale E/A können auch für die parallele Kommunikation zwischen Steckkarten und zur Erzeugung von Takt- und anderen Zeitgebersignalen verwendet werden.
Bereits in der Binärsprache von Computern sind diese Arten von digitalen oder diskreten Ein- und Ausgängen (I/O) für mikroprozessorbasierte Datenerfassungssysteme viel einfacher zu verarbeiten als analoge Signale. Ähnlich wie Analog-Digital-Wandler, die für analoge I/O verwendet werden, sind digitale I/O so konzipiert, dass sie direkt mit Spannungsänderungen auf Transistor-zu-Transistor-Logik-Ebene (TTL) umgehen können. TTL legt den niedrigen Spannungspegel typischerweise zwischen 0 und 0,8 V und den hohen Spannungspegel zwischen 2,0 und 5,0 V fest. Spannungspegel zwischen 0,8 und 2,0 V sind nicht zulässig. Eine Spannungsänderung vom hohen zum niedrigen Messbereich (oder umgekehrt) stellt dann eine digitale Zustandsänderung von hoch zu niedrig, weiter zu aus usw. dar.
Und da die Erfassung eines analogen Signals komplexer ist als die Erfassung eines digitalen Signals, sind analoge E/A-Kanäle auch teurer. Wenn also digitale E/A ausreichend sind, sollten Sie sich nicht mit analogen E/A beschäftigen.
Digitale Eingänge
Viele Arten von digitalen Eingangssignalen von Schalterschlüssen, Relaiskontakten oder TTL-kompatiblen Schnittstellen können direkt von digitalen E/A-Karten gelesen werden (Abbildung 2-1). Andere Arten von Eingängen erfordern möglicherweise eine gewisse Signalaufbereitung, höchstwahrscheinlich um höhere Spannungsänderungen auf TTL-Pegel zu reduzieren. Es gibt eine Vielzahl von Signalaufbereitungsmodulen, die Isolierung und andere digitale Aufbereitungsfunktionen bieten.
Die gängigste Art des digitalen Eingangs ist der Kontaktschluss (Abbildung 2-2). Im Wesentlichen schließt oder öffnet ein Sensor oder Schalter einer bestimmten Art eine Reihe von Kontakten entsprechend einer Prozessänderung. Ein angelegtes elektrisches Signal bestimmt dann, ob der Stromkreis offen oder geschlossen ist. Ist der Stromkreis geschlossen, fließt Strom und es wird eine „1” in einem Transistor an der Computerschnittstelle registriert. Umgekehrt bleibt bei einem offenen Stromkreis eine hohe Spannung (und kein Strom) erhalten, wodurch eine „0” am Transistor registriert wird.
Eine weitere Art von digitalem Eingang, die in Datenerfassungsanwendungen nützlich ist, ist der Hardware-Trigger. Dieser ermöglicht es, die Datenerfassung durch ein externes Ereignis zu steuern, beispielsweise eine hohe Reaktortemperatur oder einen niedrigen Tankfüllstand. Wenn während des Routinebetriebs Daten nur einmal pro Sekunde zur Archivierung erfasst werden, kann ein Hardware-Trigger verwendet werden, um die Datenerfassungsrate während einer Störung zu erhöhen, bis die normalen Bedingungen wiederhergestellt sind.
Digitale Ausgänge
Im einfachsten Fall dient ein digitaler Ausgang dazu, etwas ein- oder auszuschalten. Die Anwendungen reichen vom Ansteuern eines Relais über das Einschalten einer Anzeigelampe bis hin zur Übertragung von Daten an einen anderen Computer. Bei latchenden Ausgängen bewirkt eine „1” in der Regel, dass der zugehörige Schalter oder das zugehörige Relais verriegelt wird, während eine „0” dazu führt, dass der Schalter entriegelt wird. Geräte können ein- oder ausgeschaltet werden, je nachdem, ob die externen Kontakte normalerweise offen oder normalerweise geschlossen sind.
Standard-TTL-Pegel-Signale können zum Ansteuern von 5-V-Relaisspulen verwendet werden; zum Schutz der digitalen Ausgangsschaltung wird eine Schutzdiode verwendet (Abbildung 2-3). Da Datenerfassungskarten in der Regel nur 24 mA Ansteuerstrom liefern können, sind sie in erster Linie für die Ansteuerung anderer Logikschaltungen und nicht für Endsteuerelemente vorgesehen. Möglicherweise ist eine Skalierung erforderlich, damit die logischen Spannungspegel ausreichen, um größere Relais zu schalten. Ausgänge, die zur Ansteuerung größerer Magnetspulen, Schütze, Motoren oder Alarmkontakte vorgesehen sind, erfordern möglicherweise ebenfalls eine Verstärkung.
Impuls-E/A
Eine etwas separate Klasse digitaler E/A sind Impulseingänge und -ausgänge, die typischerweise mit Frequenz-, Zähl- oder Summieranwendungen in Verbindung stehen. Impulseingänge können zum Zählen der Umdrehungen eines Turbinen-Durchflussmessers verwendet werden, Impulsausgänge können zum Antrieb eines Schrittmotors verwendet werden.
Impulseingänge werden ähnlich wie digitale Logikeingänge behandelt, aber der Ausgang der Sensorschaltung ist normalerweise mit einem Zähler verbunden und nicht mit einer bestimmten Bitposition im Eingangsregister. Aufeinanderfolgende Impulse erhöhen oder verringern den Zählerstand. Durch Hinzufügen einer Messung der verstrichenen Zeit kann die Frequenz oder Impulsrate leicht bestimmt werden. Ähnlich wie ein Analog-Digital-Wandler zeichnet sich ein Zähler durch seine Anzahl von Bits aus – ein N-Bit-Zähler kann bis zu 2N diskrete Ereignisse akkumulieren. Somit kann ein 16-Bit-Zähler bis 216 = 65.536 zählen.
Schreiber Einleitung zu Schreibern