Objetivo:
Proporcionar una visión general de las siguientes técnicas de E/S digitales utilizadas en la industria de la adquisición de datos (DAQ), temas a tocar:
-Resistencias pull-up y pull-down.
– TTL a los relés de estado sólido.
-Divisores de tensión.
– Filtro de paso bajo.
Audiencia prevista:
Este documento está destinado a los usuarios que configuran y operan los canales de entrada/salidas digitales de un sistema DAQ de Mc compunting.
Teoría
Resistencias pull-up y pull-down
Cuando un dispositivo se enciende o se reinicia, los pines de E/S digitales suelen estar, por diseño, ajustados a una entrada de alta impedancia. Puede haber suficiente corriente de accionamiento disponible en las entradas para encender cualquier dispositivo de salida conectado, como los relés de estado sólido (SSR).
Para evitar conmutaciones no deseadas y para conducir las salidas digitales a un estado conocido y seguro después del encendido o el restablecimiento, configure de todos los pines digitales, ya sea alto o bajo, con una resistencia pull-up o pull-down.
Resistencia Pull-Up
Con una configuración pull-up, las líneas de E/S se conectan a la energía lógica a través de resistencias.
Cuando el dispositivo de E/S digital se reinicia, entra en un modo de entrada de alta impedancia, y las líneas de E/S se tiran hacia arriba.
El dispositivo de E/S digital y los dispositivos conectados detectan la señal alta. Una tarjeta que está en modo de salida tiene suficiente potencia para anular la señal alta de la resistencia de Pull up y hacer que la línea baje a 0 voltios.
Resistencia de Pull-Dow
Con una configuración desplegable, las líneas de E/S se conectan a tierra lógica a través de resistencias.
Cuando el dispositivo de E/S digital se reinicia, entra en modo de entrada de alta impedancia, y las líneas de E/S se tiran hacia abajo.
El dispositivo de E/S digital y los dispositivos conectados detectan la señal baja. Una tarjeta que está en modo de salida tiene suficiente potencia para anular la señal baja de la resistencia de tracción y hacer que las líneas suban a 5 voltios.
TTL a los relés de estado sólido
Muchas aplicaciones requieren salidas digitales para activar y desactivar los altos voltajes de CA y CC, y para monitorear la presencia o ausencia de altos voltajes de CA y CC. Sin embargo, los altos voltajes no pueden ser controlados o leídos directamente por las líneas digitales TTL de un dispositivo. Utilice los SSR (Relé de estado sólido) para controlar y monitorear los altos voltajes de CA y CC, y para proporcionar >1000 V de aislamiento. Los SSR son el método recomendado para interactuar con las señales de CA y de CC alta.
La forma más conveniente de usar los SSR es montarlos en un bastidor de interfaz, una placa de circuito que tiene enchufes para los SSR y amplificadores de búfer lo suficientemente potentes para conmutar los SSR. Los racks de SSR están disponibles en Informática de Medición y en la mayoría de los fabricantes de SSR.
Divisores de tensión
Para detectar una señal con una tierra común, pero que varía en un rango mayor que la especificación de entrada máxima de una entrada digital, considere la posibilidad de utilizar un divisor de voltaje o algún otro dispositivo externo para reducir el voltaje de la señal de entrada a un nivel seguro. Tenga en cuenta que este método no proporciona aislamiento.
La ley de Ohm establece que Voltaje = Corriente × Resistencia
En un divisor de voltaje, el voltaje a través de cualquiera de las resistencias de un circuito es proporcional a su resistencia frente a la resistencia total del circuito.
El objetivo al usar un divisor de voltaje es elegir dos resistencias con las proporciones adecuadas, para lograr el porcentaje de reducción deseado del voltaje de entrada.
La caída proporcional del voltaje se llama atenuación. La atenuación variable es la diferencia proporcional entre el voltaje de salida deseado (el máximo voltaje de entrada del dispositivo) y el voltaje de entrada completo del dispositivo de campo. La fórmula para calcular la atenuación es:
Atenuación = R1 + R2
Por ejemplo, si el voltaje del campo varía entre 0 y 10 voltios, y se desea detectar que con un voltaje máximo de entrada del dispositivo de 5 voltios, la atenuación debe ser de 2:1 o simplemente 2.
2 = 10K + 10K
Para una atenuación dada (A), elija una resistencia práctica y llámela R2, luego use esta fórmula para calcular R1:
R1 = (A – 1) x R2
Las entradas digitales a menudo requieren divisores de voltaje. Por ejemplo, para detectar una señal de campo que está a 0 voltios cuando está apagada y a 24 voltios cuando está encendida, no se puede conectar la señal directamente a las entradas digitales de la mayoría de las tarjetas (una excepción es la serie de computación de medición PDISO). El voltaje debe caer a un máximo de 5 voltios cuando está encendido. La atenuación requerida es de 24:5 o 4.8. Utilice la ecuación anterior para encontrar un valor apropiado para R1 si R2 es 1 kOhm. Recuerde que una entrada TTL está activada cuando el voltaje de entrada es mayor que 2,5 voltios.
Cálculo de la disipación de energía en el circuito divisor
Las resistencias R1 y R2 van a disipar toda la potencia en el circuito divisor de acuerdo con la ecuación:
Corriente = Voltaje ÷ Resistencia
Cuanto más alto es el valor de la resistencia (R1 + R2), menos energía es disipada por el circuito divisor. Como regla simple:
Para una atenuación de 5:1 o menos, ninguna resistencia debe ser menor de 10 kOhm.
Para una atenuación mayor de 5:1, ninguna resistencia debe ser menor de 1 kOhm.
Filtro de paso bajo para rebotar las entradas
Una señal de entrada puede experimentar un ruido atribuible a un componente externo en un circuito que genera la señal que se va a vigilar. El componente externo es a menudo un interruptor mecánico.
Para disminuir este ruido, utilice un filtro de paso bajo en los cables de la señal entre la fuente de la señal y el dispositivo digital. Un filtro de paso bajo evita que frecuencias mayores que la frecuencia de corte entren en las entradas digitales del dispositivo digital.
La frecuencia de corte es la frecuencia por encima de la cual ninguna variación de voltaje, con respecto al tiempo, puede entrar en el circuito. Por ejemplo, si un filtro pasa bajo tiene una frecuencia de corte de 30 Hz, la interferencia asociada con la tensión de línea (60 Hz) se filtrará en su mayor parte. Sin embargo, una señal de 25 Hz pasaría con menos atenuación.
En un circuito digital, un filtro pasabajos podría utilizarse para rebotar, o filtrar, una entrada de un interruptor o un relé externo. Sin embargo, si los contactos del interruptor/relé están revestidos de mercurio, tienden a rebotar brevemente al cerrarse, generando una señal de ruido pulsante.
La figura a continuación muestra un filtro pasabajos simple que se construye a partir de una resistencia (R) y un condensador (C).
The cut-off frequency is determined according to the formula:
| Fc = 1/(2πRC) | Where π = 3.14… R = ohms C = farads Fc = cut-off frequency in cycles/second |
| R = 1/(2πCFc) |