User manual

gpio.DIO
Allgemeine Beschreibung der Ein- und Ausgänge
Alle Ein- und Ausgänge liegen zur einfachen Verarbeitung von unterschiedlichen
Signalpegeln als quasi-direkte Optokopplerein- und Ausgänge vor. Die höchste
Performance (schnelle preiodische Signalwechsel) wird jeweils mit eine Arbeitsstrom
von 8 mA erreicht, wobei Abweichungen von ±50% bei den Eingängen und ±20% bei
den Ausgängen in der allgemeinen Praxis noch kein Problem darstellen.
Optisch gekoppelte Eingänge
Die Eingangskonfiguration beinhaltet je Eingang einen internen Widerstand von 470 Ω
und ist damit für 5 Volt ausgelegt. Man kann höhere Eingangsspannungen unter
Verwendung eines Vorwiderstandes verarbeiten. Dieser Widerstand ist so zu wählen,
dass sich ein Eingangsstrom von ca. 8 mA ergibt. Die Schaltschwelle (low/high-
Wechsel) wird bei ca. 3,2 mA detektiert.
R
V
= ((U
E
– U
D
) / 8 mA) – R
intern
U
E
: die zu verarbeitende Eingangsspannung
R
V
: der gesuchte Vorwiderstand
U
D
= 1,18 Volt (Spannungsabfall an der Eingangsdiode bei I
D
= 8 mA)
R
intern
= 470 Ω
Bei einer U
E
von z.B. 24 Volt ergäbe sich R
V
zu 2382,5 Ω, also ~ 2,4 kΩ
Optisch gekoppelte Ausgänge
Die low-aktiven Ausgänge sind zum Schutz vor Überlastung mit einem
100Ω-Serienwiderstand versehen und benötigen einen Arbeitswiderstand (Pull-Up),
dessen "heißes Ende" an der potentialgetrennten Seite anzuschließen ist. Dieser
Widerstand ist so zu bemessen, dass sich bei durchgeschaltetem Ausgangstransistor
("low") ein Strom von ca. 8 mA einstellt. Low bedeutet am Steckerkontakt nicht exakt
0V, da an der Kollektor/Emitter-Strecke und am 100Ω-Serienwiderstand eine durch
den Strom bestimmte Spannung abfällt. Bei einem Strom von 8 mA sind dies:
U
CE
~ 0,325 Volt und U
R100
= 0,8 Volt, die zusammengefasst als U
LOW
= 1,125 Volt in
die Rechnung einbezogen werden:
R
L
= (U
P
- U
LOW
) / I
C
R
L
: der gesuchte Arbeitswiderstand
U
P
: die "Initial"-Spannung (entsprechend High bei gesperrtem Ausgangstransistor)
U
LOW
: Summe der Spannungsabfälle bei durchgeschaltetem Ausgangstransistor
(gleichbedeutend mit der Restspannung bei "low")
I
C
: Kollektorstrom des durchgeschalteten Ausgangstransistor (sollte ca. 8 mA sein)
Die "Treffgenauigkeit" der Widerstandreihe E12 ist völlig ausreichend. Bei der letzt-
endlichen Wahl des Widerstandes sollte zugunsten eines besseren dynamischen
Verhaltens, insbesondere bei höheren Spannungen U
P
(> 12 Volt) der nächst höhere
Wert mit folglich etwas kleinerem Strom I
C
gewählt werden. Bei 24 Volt käme statt
dem rechnerischen Wert 2859,375Ω eher 3,3kΩ als 2,7kΩ zum Einsatz.
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