Schnittstellenkarten: Digitale und Analoge E/A-Funktionen

Digitale Eingänge

Digitale Eingänge dienen dazu, digitale Informationen von außen zu empfangen. Die Karte stellt Eingangskanäle zur Verfügung, typischerweise in Gruppen von 8 Bits, denen durch das Programm binäre Daten zugeordnet werden. Diese können einem internen Variablenzustand eines Bytes zugeordnet werden, indem der entsprechende Port gelesen wird. Es können ein oder mehrere Bytes eingelesen werden, wobei die Zuordnung zu jeder Adresse erfolgt.

Analoge Ausgänge

Analoge Ausgänge dienen dazu, analoge Steuersignale nach außen zu senden. Die Karte verfügt über einen oder mehrere Ausgangskanäle mit jeweiligen Digital-Analog-Wandlern (D/A-Wandlern). Ein D/A-Wandler erzeugt eine Spannung (oder einen Strom), die proportional zum numerischen Wert der digitalen Daten ist, die an seinen Eingangslinien anliegen. Intern kann eine Referenzspannung (z.B. 5V) verwendet werden. Durch externe Referenzen können verschiedene Spannungsbereiche eingestellt werden; typischerweise sind die Werte auf -10V bis +10V begrenzt. Nicht alle Karten bieten diese Möglichkeit.

Die Ausgangskanäle können in verschiedenen Modi arbeiten:

• Unipolarer Modus: Spannungen sind immer positiv.
• Bipolarer Modus: Ausgangsbereiche umfassen positive und negative Spannungen.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Auflösung des Wandlers. Eine Auflösung von n Bits bedeutet, dass der Spannungsbereich in 2ⁿ Stufen unterteilt wird. Der minimale Spannungssprung (Änderung durch das niederwertigste Bit) entspricht einem solchen Teil. Karten mittlerer Qualität verfügen oft über 12-Bit-Wandler.

Die grundlegende Programmierung und Ansteuerung dieser Ausgänge erfolgt durch das Senden der Datenbits an den Eingang des Wandlers über den Bus. Bei 12-Bit-Daten auf 8-Bit-Bussen müssen die Daten oft in zwei Schritten übertragen werden (z.B. erst das niederwertige Byte, dann das höherwertige Nibble). Die 12 Bits werden im Eingang des Wandlers gehalten (gelatcht), sobald sie vollständig übertragen wurden. Diese mehrstufige Übertragung kann ein geschwindigkeitslimitierender Faktor sein. Analoge Ausgänge werden verwendet, um spezifische Signale oder auch komplexere Signalverläufe zu generieren.

Analoge Eingänge

Analoge Eingänge ermöglichen die Erfassung analoger Signale von außen. Die Karte ist oft mit mehreren analogen Kanälen ausgestattet, was die gleichzeitige oder quasi-gleichzeitige Erfassung (durch Multiplexing) dieser Signale über einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) ermöglicht.

Die Signalanbindung an die Karte kann verschiedene Konfigurationen unterstützen:

• Unsymmetrische Eingänge (Single-ended): Messung der Spannung relativ zu einer gemeinsamen Masse.
• Differentielle Eingänge: Messung der Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingängen, was die Störfestigkeit verbessert.

Digitale Ausgänge

Digitale Ausgänge auf der Karte ermöglichen die Kommunikation mit externen Geräten oder Steuerungsinstrumenten. Eine häufige Anwendung ist die Steuerung von Zweizustandssystemen, wie das Schalten von Relais oder das Ein- und Ausschalten von Lichtern. Sie werden typischerweise mit 8-Bit-Worten programmiert, wobei jeder Ausgangspin einen logischen Zustand (0 oder 1) annehmen kann. Das Senden eines Bytes erfolgt durch einen Schreibbefehl des Programms an den zugeordneten Port. Das gesendete Wort wird in einem Latch gehalten und bleibt bestehen, bis ein neuer Schreibbefehl erfolgt.