A diferencia de los transductores analógicos que detectan variables continuas como la presión y la temperatura, muchos transductores proporcionan una salida que es uno de dos estados: alto o bajo, abierto o cerrado. Una presión puede ser demasiado alta o una temperatura demasiado baja, lo que provoca el cierre de un conmutador. Las salidas tampoco son estrictamente analógicas: las válvulas solenoides suelen estar abiertas o cerradas, y muchas bombas y calentadores simplemente se encienden o se apagan. Las señales de pulso son otra forma de E/S digital, en la que una rotación de un caudalímetro de turbina o un tacómetro corresponde a un único evento contable. La E/S digital también se puede utilizar para las comunicaciones paralelas entre tarjetas de expansión enchufables y para generar señales de reloj y otras señales de sincronización.
Ya en el lenguaje binario de los ordenadores, este tipo de entradas y salidas (E/S) digitales o discretas son mucho más fáciles de manejar para los sistemas de adquisición de datos basados en microprocesadores que las señales analógicas. De forma similar a los convertidores analógico-digitales utilizados para las E/S analógicas, las E/S digitales están diseñadas para manejar directamente los cambios de voltaje del nivel de lógica transistor a transistor (TTL). La TTL suele establecer el nivel de voltaje bajo entre 0 y 0,8 V y el nivel de voltaje alto entre 2,0 y 5,0 V. No se permiten niveles de voltaje entre 0,8 y 2,0 V. Por lo tanto, un cambio de voltaje del rango alto al rango bajo (o viceversa) representa un cambio digital de estado de alto a bajo, de encendido a apagado, etc.
Y dado que la adquisición de una señal analógica es más compleja que la adquisición de una señal digital, los canales de E/S analógicos también son más caros. Por lo tanto, si la E/S digital es adecuada, no se moleste con la analógica.
Entradas digitales
Muchos tipos de señales de entrada digitales procedentes de cierres de interruptores, contactos de relés o interfaces compatibles con TTL pueden leerse directamente mediante tarjetas de E/S digitales (Figura 2-1). Otros tipos de entradas pueden requerir cierto acondicionamiento de la señal, probablemente para reducir los cambios de voltaje de nivel superior a niveles TTL. Existen diversos módulos de acondicionamiento de señales que proporcionan aislamiento y otras funciones de acondicionamiento digital.
El tipo más común de entrada digital es el cierre de contacto (Figura 2-2). Básicamente, un sensor o conmutador de algún tipo cierra o abre un conjunto de contactos de acuerdo con algún cambio en el proceso. A continuación, una señal eléctrica aplicada determina si el circuito está abierto o cerrado. La corriente fluye si el circuito está cerrado, registrando un «1» en un transistor en la interfaz del Ordenador. Por el contrario, un circuito abierto mantiene un alto voltaje (y sin corriente), registrando un «0» en el transistor.
Otro tipo de entrada digital útil en aplicaciones de adquisición de datos es el disparador de hardware. Esto permite que un evento externo, tal vez una temperatura alta del reactor o un nivel bajo del tanque, controle la recopilación de datos. Si durante el funcionamiento rutinario los datos solo se adquieren para su almacenamiento en archivo una vez por segundo, se puede utilizar un disparador de hardware para aumentar la velocidad de adquisición de datos durante una perturbación hasta que se restablezcan las condiciones normales.
Salidas digitales
En su forma más simple, una salida digital proporciona un medio para encender o apagar algo. Las aplicaciones van desde accionar un relé hasta encender una lámpara indicadora o transmitir datos a otro ordenador. En el caso de las salidas de enclavamiento, un «1» suele provocar el enclavamiento del interruptor o relé asociado, mientras que un «0» provoca el desenclavamiento del interruptor. Los dispositivos pueden encenderse o apagarse, dependiendo de si los contactos externos están normalmente abiertos o normalmente cerrados.
Las señales de nivel TTL estándar pueden utilizarse para accionar bobinas de relé de 5 V; se utiliza un diodo de protección para proteger los circuitos de salida digital (Figura 2-3). Dado que las tarjetas de adquisición de datos normalmente solo pueden suministrar 24 mA de corriente de accionamiento, están diseñadas principalmente para accionar otros circuitos lógicos, no elementos de control finales. Es posible que sea necesario aplicar una escala para que los niveles de tensión lógicos sean suficientes para provocar la conmutación en relés más grandes. Las salidas destinadas a accionar solenoides, contactores, motores o alarmas más grandes también pueden requerir un refuerzo.
E/S de impulsos
Una clase algo separada de E/S digitales son las entradas y salidas de impulsos, que suelen estar asociadas a aplicaciones de frecuencia, recuento o totalización. Las entradas de impulsos pueden utilizarse para contar las rotaciones de un caudalímetro de turbina; las salidas de impulsos pueden utilizarse para accionar un motor paso a paso.
Las entradas de pulso se manejan de forma muy similar a las entradas lógicas digitales, pero la salida del circuito sensor suele conectarse a un contador en lugar de a una posición de bit específica en el registro de entrada. Los pulsos sucesivos incrementan o disminuyen el contador. Si se añade una medida del tiempo transcurrido, se puede determinar fácilmente la frecuencia o la tasa de los pulsos. Al igual que un convertidor analógico-digital, un contador se caracteriza por su número de bits: un contador de N bits puede acumular hasta 2N eventos discretos. Así, un contador de 16 bits puede contar hasta 216 = 65 536.
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