A differenza dei trasduttori analogici che rilevano variabili continue come la pressione e la temperatura, molti trasduttori forniscono un'uscita che può assumere due stati: alto o basso, aperto o chiuso. Una pressione troppo alta o una temperatura troppo bassa possono causare la chiusura di un interruttore. Anche le uscite non sono strettamente analogiche: le valvole solenoidi sono tipicamente aperte o chiuse, molte pompe e riscaldatori sono semplicemente accesi o spenti. I segnali a impulsi sono un'altra forma di I/O digitale, con una rotazione di un misuratore di portata a turbina o di un tachimetro che corrisponde a un singolo evento conteabile. L'I/O digitale può anche essere utilizzato per le comunicazioni parallele tra schede di espansione plug-in e per generare segnali di clock e altri segnali di temporizzazione.
Già nel linguaggio binario dei computer, questi tipi di ingressi e uscite (I/O) digitali, o discreti, sono molto più facili da gestire per i sistemi di acquisizione dati basati su microprocessori rispetto ai segnali analogici. Analogamente ai convertitori da analogico a digitale utilizzati per gli I/O analogici, gli I/O digitali sono progettati per gestire direttamente le variazioni di tensione a livello di logica transistor-transistor (TTL). La TTL imposta tipicamente il livello di bassa tensione tra 0 e 0,8 V e il livello di alta tensione tra 2,0 e 5,0 V. Non sono ammessi livelli di tensione compresi tra 0,8 e 2,0 V. Una variazione di tensione, quindi, dall'intervallo alto all'intervallo basso (o viceversa) rappresenta un cambiamento digitale di stato da alto a basso, da acceso a spento, ecc.
E poiché l'acquisizione di un segnale analogico è più complessa rispetto a quella di un segnale digitale, anche i canali I/O analogici sono più costosi. Pertanto, se l'I/O digitale è adeguato, non è necessario ricorrere all'analogico.
Ingressi digitali
Molti tipi di segnali di ingresso digitali provenienti da chiusure di interruttori, contatti relè o interfacce compatibili TTL possono essere letti direttamente dalle schede I/O digitali (Figura 2-1). Altri tipi di ingressi possono richiedere un certo condizionamento del segnale, molto probabilmente per ridurre le variazioni di tensione di livello superiore ai livelli TTL. Sono disponibili diversi moduli di condizionamento del segnale per fornire isolamento e altre funzioni di condizionamento digitale.
Il tipo più comune di ingresso digitale è la chiusura di contatto (Figura 2-2). In sostanza, un sensore o un interruttore di qualche tipo chiude o apre una serie di contatti in base a una variazione di processo. Un segnale elettrico applicato determina quindi se il circuito è aperto o chiuso. Se il circuito è chiuso, la corrente scorre, registrando un "1" in un transistor nell'interfaccia del computer. Al contrario, un circuito aperto mantiene un'alta tensione (e nessuna corrente), registrando uno "0" nel transistor.
Un altro tipo di ingresso digitale utile nelle applicazioni di acquisizione dati è il trigger hardware. Questo permette a un evento esterno, ad esempio una temperatura elevata del reattore o un basso livello del serbatoio, di controllare l'acquisizione dei dati. Se durante il funzionamento di routine i dati vengono acquisiti solo per l'archiviazione una volta al secondo, è possibile utilizzare un trigger hardware per aumentare la velocità di acquisizione dei dati durante un'anomalia fino al ripristino delle condizioni normali.
Uscite digitali
Nella sua forma più semplice, un'uscita digitale fornisce un mezzo per accendere o spegnere qualcosa. Le applicazioni vanno dall'azionamento di un relè all'accensione di una spia luminosa alla trasmissione di dati a un altro computer. Per le uscite di blocco, un "1" in genere provoca il blocco dell'interruttore o del relè associato, mentre uno "0" provoca lo sblocco dell'interruttore. I dispositivi possono essere accesi o spenti, a seconda che i contatti esterni siano normalmente aperti o normalmente chiusi.
I segnali di livello TTL standard possono essere utilizzati per azionare bobine di relè da 5 V; un diodo di protezione viene utilizzato per proteggere i circuiti di uscita digitale (Figura 2-3). Poiché le schede di acquisizione dati possono fornire in genere solo 24 mA di corrente di pilotaggio, sono destinate principalmente ad azionare altri circuiti logici, non elementi di controllo finali. Potrebbe essere necessario un ridimensionamento affinché i livelli di tensione logici siano sufficienti a causare la commutazione in relè più grandi. Anche le uscite destinate ad azionare solenoidi, contattori, motori o allarmi più grandi potrebbero richiedere un potenziamento.
I/O a impulsi
Una classe di I/O digitali in qualche modo separata è quella degli ingressi e delle uscite a impulsi, che in genere è associata ad applicazioni di frequenza, conteggio o totalizzazione. Gli ingressi a impulsi possono essere utilizzati per contare le rotazioni di un flussometro a turbina; le uscite a impulsi possono essere utilizzate per azionare un motore passo-passo.
Gli ingressi a impulsi vengono gestiti in modo molto simile agli ingressi logici digitali, ma l'uscita del circuito di rilevamento è normalmente collegata a un contatore piuttosto che a una posizione di bit specifica nel registro di ingresso. Gli impulsi successivi incrementano o decrementano il contatore. Aggiungendo una misura del tempo trascorso, è possibile determinare facilmente una frequenza o una velocità di impulso. Analogamente a un convertitore analogico-digitale, un contatore è caratterizzato dal numero di bit: un contatore a N bit può accumulare fino a 2N eventi discreti. Pertanto, un contatore a 16 bit può contare fino a 216 = 65.536.
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