Was ist BCD in der Automatisierung? (Plus andere häufig gestellte Fragen) • BUOM

26. August 2021

Automatisierungs- und Ingenieurexperten müssen verschiedene Arten von Code verstehen, einschließlich BCD. BCD kann Programmierern, Ingenieuren und anderen Benutzern helfen, die Interaktion zwischen Maschinen und Menschen zu verbessern. Wenn Sie Geräte bauen oder steuern möchten, die BCD-Code verwenden, ist es wichtig, dessen Einsatzmöglichkeiten, Vor- und Nachteile zu verstehen. In diesem Artikel besprechen wir, was BCD in der Automatisierung ist, welche Hauptanwendungen BCD in der Automatisierung hat und welche Vor- und Nachteile seine Verwendung hat.

Was ist BCD in der Automatisierung?

Binär codierter Dezimalcode (BCD) in der Automatisierung ist ein Codetyp, der Binärzeichen zur Darstellung von Dezimalziffern verwendet, also der Zahlenfolge nach dem Dezimalpunkt. Binärsprache bezieht sich auf eine Klasse von Computersprachen, die in ihrem Code nur zwei Zeichen, normalerweise Null und Eins, verwenden. Bei BCD stellen Encoder jede Dezimalstelle mit vier bis acht Stellen dar, die oft als Bits bezeichnet werden, wobei nur Null und Eins verwendet werden. Beispielsweise können Sie die Dezimalzahl fünf in BCD als 0101 darstellen.

Der Zweck von BCD besteht darin, die Umwandlung menschlicher Zahlen in maschinenverständliche Werte zu erleichtern. BCD kann einige Aufgaben und Systeme für Menschen automatisieren und diese Prozesse effizienter gestalten.

Verwendung von BCD in der Automatisierung

BCD wird am häufigsten in automatisierten Geräten und Systemen verwendet, wie zum Beispiel:

Komponenten eines modernen Steuerungssystems

Profis nutzen BCD in verschiedenen modernen Steuerungssystemen. Viele speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder Industriecomputer, die in Fertigungsprozessen eingesetzt werden, nutzen BCD, um sicherzustellen, dass ihre Montagelinien und andere Geräte konstant zuverlässige und qualitativ hochwertige Produkte produzieren. Auch Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) nutzen häufig BCD, um Menschen und Maschinen die Kommunikation und Interaktion untereinander zu erleichtern.

Alte Steuerungssysteme

Ältere Steuerungssysteme und Komponenten nutzten zunächst regelmäßig BCD. Zu diesen älteren Steuerungssystemen gehören Radschalter oder komplexe physische Schließvorrichtungen, die menschliche Ziffern in Binärcode umwandeln können. Wählschalter boten Profis eine einfache Möglichkeit, schnell und visuell die Richtigkeit ihrer Zahlen und Umrechnungen zu überprüfen.

Alphanumerische Anzeigen

Heutzutage verwenden Profis üblicherweise BCD für alphanumerische Anzeigen. Die alphanumerische BCD-Anzeige kann für Digitaluhren, Thermometer und Taschenrechner verwendet werden. Digitaluhren verwenden häufig Echtzeituhrchips (RTC), die auf der BCD-Kodierung basieren. BCD kann dazu beitragen, dass alle diese alphanumerischen Anzeigen Werte korrekt umwandeln.

Unterschied zwischen Binärcode und BCD

Eine Binärzahl bezieht sich auf eine Zahl, die im Basis-Zwei-System dargestellt wird, also nur zwei Ziffern. Die meisten Binärcodes basieren auf Null und Eins als einzigen numerischen Zeichen. BCD ist eine Art Binärcode. Hier sind einige der grundlegenden Unterschiede zwischen reiner Binärdatei und BCD:

Endlich vs. Unendlich

Im reinen Binärsystem sind Nicht-Ganzzahlen, also Zahlen mit Brüchen oder Dezimalzahlen, oft unendlich. Das bedeutet, dass die binäre Darstellung dieser nicht ganzzahligen Zahl theoretisch eine unendliche Ziffernfolge erzeugen könnte. Allerdings haben nicht-ganzzahlige Zahlen in BCD eine endliche Anzahl von Ziffern. Dies erleichtert die Minimierung von Fehlern und die Berechnung nicht ganzzahliger Werte mithilfe von BCD im Vergleich zu reinem Binärcode erheblich.

Zur Anzeige konvertieren

Bei der Umwandlung eines BCD in eine für den menschlichen Gebrauch bestimmte Anzeige, beispielsweise eine Digitaluhr, ist der Vorgang relativ einfach. Konvertierungen aus reinen Binärdateien können jedoch komplexer werden. Dies liegt zum Teil daran, dass es keinen Algorithmus gibt, der lineare Zeit in reinen Binärcode umwandeln kann.

Umgang mit Dezimalstellen

BCD erleichtert die Arbeit mit Dezimalstellen in menschlichen Ziffern. BCD erleichtert das Runden, Addieren, Ausrichten oder Subtrahieren von Dezimalwerten. Bei reinem Binärcode sind diese Prozesse jedoch komplexer.

Arbeitsgeschwindigkeit

Auf Geräten, die eine rasend schnelle Leistung erfordern, ist reine Binärdatei möglicherweise häufiger anzutreffen als BCD. Dies liegt zum Teil daran, dass ein typischer BCD-Code vier Bits, manchmal mehr, für jede Ziffer erfordert. Diese Anzahl an Ziffern kann manchmal die Geschwindigkeit von Geräten verlangsamen, die eine schnelle Betriebsleistung benötigen. Im Gegensatz dazu werden bei reinen Binärwerten selten so viele Ziffern verwendet, sodass reine Binärwerte die Verarbeitungszeit dieser Geräte verkürzen können.

Vorteile von BCD in der Automatisierung

Hier sind die Hauptvorteile des Einsatzes von BCD in der Automatisierung:

Menschliches Verständnis

BCD vereinfacht die Konvertierung zwischen numerischen Werten, die von Maschinen verwendet werden, und anderen, die von Menschen verwendet werden. BCD ermöglicht es Menschen, Dezimalwerte einfach in eine Sprache zu kodieren, die Maschinen verstehen können. In ähnlicher Weise hilft BCD Menschen dabei, BCD-Eingaben von einer Maschine in numerische Werte zu dekodieren, die Menschen verstehen können.

Dezimalpunkte

Computer können Dezimalstellen, die in menschlichen Berechnungen und Algorithmen verwendet werden, nicht lesen. BCD wandelt Dezimalwerte in ein Format um, das Computer verstehen können. Digitaluhren, Frequenzumrichter, digitale Voltmeter und andere ähnliche Geräte verlassen sich häufig auf BCD, um genaue Zeit und Messungen anzuzeigen.

Hardware-Algorithmus

Profis können BCD verwenden, wenn sie Hardware-Algorithmen in einer Maschine programmieren. Ein Hardware-Algorithmus kann bei der Hardware-Implementierung oder dem Design und der Struktur digitaler Hardware-Chips hilfreich sein. Ein BCD kann dabei helfen, sicherzustellen, dass diese Art von Ausrüstung Dezimalwerte versteht.

Nachteile von BCD in der Automatisierung

Hier sind einige mögliche Nachteile der Verwendung von BCD für automatisierte Systeme oder Geräte:

Fehlende Ziffern

In einem BCD-System gibt es nicht für jeden möglichen Dezimalwert Bits. Beispielsweise enthält BCD nicht alle Ziffern, die im Hexadezimalformat oder zur Basis 16 verwendet werden. BCD kann auch negative Dezimalziffern nicht verstehen oder umwandeln.

Komplexe Mathematik

Die Verwendung von BCD erfordert manchmal erhebliche mathematische Berechnungen vom Programmierer oder Benutzer. Bei der Verwendung von BCD müssen Programmierer jede Ziffer explizit deklarieren, was bedeutet, dass jeder numerische Wert einzeln in der Maschine codiert werden muss. Darüber hinaus erfordern einige Datentypen weniger präzise Konvertierungsprozesse, es sei denn, sie verfügen über ein BCD-Bit-Äquivalent.

Langsame Geschwindigkeit

BCD benötigt normalerweise mehr Bits, um Dezimalstellen darzustellen. Aufgrund der größeren Anzahl von Bits laufen Computer und andere komplexe Maschinen, die einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb erfordern, tendenziell langsamer, wenn sie mit BCD codiert werden. Darüber hinaus verwenden Computeralgorithmen, die BCD verwenden, häufig komplexe Hardwareschaltungen, was die Geschwindigkeit von Geräten und Systemen, die BCD verwenden, weiter verringern kann.