Die Bussysteme
Die serielle Schnittstelle
Die parallele Schnittstelle
Bidirektionale Druckerschnittstelle
Programmtechnische Erläuterungen in BASIC
Die Programmierung des 8-Bit-Datenregisters
Die Programmierung des STATUS-Registers
Die Programmierung des Steuer-Registers (Kontroll-Registers)
Aufbau einer Experimentierplatine für den PC
Messen von Zeiten mit dem PC
Gefahrloses Messen und Steuern durch Optokoppler
Messen und Steuern mit dem PC - Literaturliste
 
 
 

Bekanntlich erfolgt der gesamte Datenaustausch beim PC über drei Bussysteme:

Seriell und parallel. Dementsprechend haben wir es mit zwei Arten von Schnittstellen zu tun.
 
 
 

Hier müssen die zu sendenden Daten erst von einer parallelen Struktur in einen seriellen Datenstrom umgesetzt werden. Hierzu wird ein USART (Universal Synchron/Asynchrom Receiver/Transmitter) verwendet. Dieser Baustein erhält vom Mikroprozessor parallel die Informationen und setzt diese in einen seriellen Datenstrom um, wenn der Baustein als Sender arbeitet. Die Datenübertragung erfolgt nur über eine einzige Datenleitung. Arbeitet der USART als Empfänger, so wird der serielle Datenstrom empfangen und in einem Schieberegister in eine paralleles Datenwort umgesetzt.

Diese Schnittstelle wird auch RS232C- oder V.24-Schnittstelle genannt. Man erkennt sie normalerweise durch eine 25polige Mini-Buchse. Bei den AT`s ist allerdings meist nur noch eine 9polige Stiftleiste vorhanden. Bei vielen Geräten wird dadurch ein Adapter nötig oder man ist gezwungen die Anschlüsse auf die 9polige SUB-D-Buchse umzulöten. Nicht nur deshalb gibt es mit der seriellen Schnittstelle mehr Probleme. Die RS232-Schnittstelle ist vielseitiger als die Centronics-Parallel-Schnittstelle. So ermöglicht die serielle Schnittstelle den Datenausstausch in beiden Richtungen. Damit der Ausstausch klappt, muß festgelegt werden, auf welcher Leitung gesendet und auf welcher empfangen wird. Wenn beide auf der jeweils gleichen Leitung senden und empfangen wollen, kommt es natürlich zu keinem Datentransfer. Aus Kostengründen sind die meisten Drucker mit einer Centronic-Schnittstelle ausgerüstet, so daß bei Verwendung von Druckerweichen peinlich darauf geachtet werden muß, daß die Leitungen nicht zu lang werden. Die serielle Schnittstelle läßt sich wahlweise als "COM1", "COM2" konfigurieren, wobei folgender Adreßbereich benutzt wird:

Die parallele Datenübertragung ist sehr schnell. Bis zu ein MByte können in der Sekunde durch die acht Datenleitungen geschickt werden.

Pin Funktion

In der Computertechnik unterscheidet man zwischen

- der Schnittstelle nach Centronics
- der Schnittstelle nach dem IBM-Format

Druckeranschluss

PC-Anschluss

Den Unterschied erkennt man bereits an den Steckern. Arbeitet man nach Centronics, hat man einen Stecker mit 36 Anschlüssen (druckerseitig), während der IBM-Stecker (meist rechnerseitig) identisch ist mit den 25poligen Anschlüssen nach RS232C.

Mit den acht Datenleitungen überträgt der Computer gleichzeitig die Informationen mit TTL-Pegeln (Transistor-Transistor-Logik), also mit den üblichen Computersignalen. Die Übertragungsmethode erfolgt durch die Steuerleitung STROBE und ACKNLG oder STROBE und BUSY. Diese Verfahren bezeichnet man als Handshaking. Mit dem STROBE-Signal zeigt der Computer an, daß sich auf den acht Datenleitungen die Informationen für den Drucker befinden. Der Drucker meldet über die beiden anderen Leitungen ACKNLG und BUSY den Empfang und die Quittierung, je nach Anwendungsfall.

Aus der Pin-Belegung der Centronic-Schnittstelle erkennt man, daß diese Schnittstelle für den Drucker optimal geeignet ist. Sie wird deshalb auch einfach als "Druckeranschluß" bezeichnet. Die Möglichkeiten mit der parallelen Schnittstelle sind jedoch sehr vielseitig. Es lassen sich nicht nur Daten ausgeben, sondern mit einem Trick auch einlesen. Dadurch ist wie bei der seriellen Schnittstelle ein echter bidirektionaler Betrieb, d. h. ein Datenaustausch möglich. Dabei bietet die parallele Schnittstelle den Vorteil, daß ihre Handhabung unkomplizierter ist, weil keine Datenübertragungsgeschwindigkeiten und -formate eingestellt werden müssen.

Deshalb ist die parallele Schnittstelle ideal, wenn es darum geht, selbstgebaute Schaltungen an den PC anzuschließen und über den Computer zu steuern. In der Regel ist die Parallelschnittstelle aber bereits durch den Drucker belegt. Diese Problem läßt sich durch den Kauf einer preisgünstigen Steckkarte mit einer zweiten parallelen Schnittstelle umgehen. Bekanntlich kann MS-DOS bis zu drei Parallelschnittstellen problemlos verwalten.

 
a
mov ax,0000
mov ds,ax
mov ax,[0408]
mov bx,[040a]
mov [0408],bx
mov [040a],ax
pop ds
mov ah,09
mov dx,0117
int 21
mov ah,4c
mov ax,4c
int 21
e117 d a"Druckerports wurden vertauscht!"d a a 24
n lpt1lpt2.com
r cx
60
w
q

Die genaue Aufteilung der Einzeladressen sieht so aus:
 
 

Signal	Pin	Lpt1	Lpt2	Lpt3	Bit
Error	32	3BDhex	379hex	279hex	3
Select	13	3BDhex	379hex	279hex	4
Paper Out	12	3BDhex	379hex	279hex	5
Acknowledge	10	3BDhex	379hex	279hex	6
Busy	11	3BDhex	379hex	279hex	7

 

Signal	Pin	Lpt1	Lpt2	Lpt3	Bit
Data 0	2	3bChex	378hex	278hex	0
Data 1	3	3bChex	378hex	278hex	1
Data 2	4	3bChex	378hex	278hex	2
Data 3	5	3bChex	378hex	278hex	3
Data 4	6	3bChex	378hex	278hex	4
Data 5	7	3bChex	378hex	278hex	5
Data 6	8	3bChex	378hex	278hex	6
Data 7	9	3bChex	378hex	278hex	7

Alternativ zur parallelen Datenein- und Ausgabe ist mit der parallelen Schnittstelle aber auch eine serielle Übertragung möglich. Dies hat den großen Vorteil, daß nicht so viele Leitungen erforderlich sind. Prinzipiell genügt je eine Datenleitung pro Übertragungsrichtung. Wie bei der echten seriellen Übertragung ist auch in diesem Fall noch ein Taktsignal zur Synchronisation von Sender und Empfänger pro Übertragungsrichtung nötig, und ein drittes (optionales) Signal zeigt jeweils dem Empfänger die Verfügbarkeit eines neuen Datenbit auf der Datenleitung an (Strobesignal). Es genügen also je zwei bis drei Signalleitungen: eine Leitung für die Daten, eine für den Takt und eventuelle eine weitere für das Strobesignal.

Bei der seriellen Ausgabe über die Parallel-Schnittstelle müssen die Daten natürlich per Software in die serielle Form gebracht, und über das Datenregister auf eine Datenleitung gelegt werden. Mittels Schieberegister können die Daten dann wieder in paralle Form übergeführt werden.

Soll der PC zum Messen von analogen Größen eingesetzt werden, gibt es mit dem Binärsystem der Computerlogik das nur die digitalen Werte 0 und 1 kennt, Schwierigkeiten. Physikalische Meßgrößen können schließlich unendliche viele Zustände annehmen. Damit der PC den analogen Ist-Wert, den ein Meßgerät durch Erfassen einer physikalischen Größe liefert, verstehen und interpretieren kann, ist eine Umsetzung des analogen Signals in eine digitales Signal erforderlich. Diese geschieht durch einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler z.B. ZN 427). Oft ist aber zur Meßwerterfassung mit dem PC gar keine A/D-Wandler nötig, weil der Computer nur erkennen muß, ob ein bestimmter Schwellenwert oder Grenzwert erreicht wurde. In diesen Fällen reicht des Einsatz eines Komparators (z. B. CA 3140). Ein Komparator vergleicht die an seinen beiden Eingängen liegenden analogen Signale (Sollwert und Istwert) miteinander und gibt je nach Ergebnis des Vergleichs das binäre Signal 1 (Spannung) oder 0 (keine Spannung) zurück. Der Sollwert wird in der Regel über ein Potentiometer fest eingestellt, während ein Meßfühler das Signal für den Istwert liefert.

Bidirektionale Druckerschnittstelle

Programmtechnische Erläuterungen in BASIC
 

In der Regel verfügen die in den Schulen vorhandenen PC nur über eine nach außen geführte Druckerschnittstelle (LPT1). Ob tatsächlich diese Schnittstelle vorhanden ist, läßt sich leicht mit folgendem kleinen Programm ermitteln.

10 DEF SEG = 0
20 CLS: A=PEEK(&H408):B=PEEK(&H409)
30 C=A+256*B: PRINT C : DEF SEG

C gibt an, ob PORT 888 (Schnittstelle 1) oder PORT 956 (Schnittstelle 2) als Drucker-Schnittstelle installiert ist. LPT2 ist meist nur bei Rechnern mit Monochrom-Karten vorhanden.

Erläuterungen zum Porgramm:

Der Speicher beim PC ist in sogenannte Segmente aufgeteilt. Ein Segment hat in der Regel 64 kB Größe. Da GWBASIC auf ein anderes Segment zugreift muß zunächst Segment 0 angewählt werden. In Zeile 20 wird dann der Inhalt der Speicherzellen 408hex und 409hex gelesen und den Variablen A und B zugewiesen. Aus den Daten in diesen Speicherzellen wird dann die Adresse der Schnittstelle ermittelt. Im Folgenden wird davon ausgegangen, daß dies PORT 888 ist.
 

Die Programme DEZHEX.BAS, DEZBIN.BAS und HEXDEZ.BAS sollen helfen, Dezimalzahlen in Hexagesimalzahlen und in Binärzahlen umzurechnen.

Benutzung als Ausgänge
 

OUT 888,0 setzt alle Kanäle D0...D7 auf 0 Volt (=Low).

OUT 888,2^N (0 <= N <=7) läßt die an Kanal DN angeschlossene Leuchtdiode aufleuchten. Sollen zwei Leuchtdioden oder andere Verbraucher mit I < ca. 100 mA an den Kanälen D2 und D5 betrieben werden, so lauten die entsprechenden Befehle:

OUT 888,0	REM Beide LED's aus
OUT 888,2^2+2^5	REM Beide LED's an
OUT 888,4	REM Nur LED an D2 leuchtet

Mit den Befehl OUT 888,255 liegen somit alle 8 Kanäle auf "High" (+ 5V). Ohne Schaden für den Rechner können 8 LED's gleichzeitig betrieben werden.
 

Benutzung als Eingänge
Jeder der auf 5 V (High) gelegten Datenkanäle D0...D7 kann durch Verbindung mit GND auf Low gezogen werden; dieser Kurzschluß ist völlig unschädlich für den Rechner. Werden zunächst durch den Befehl OUT 888,255 alle Datenkanäle auf High (5V) gelegt und wird dann gemäß Skizze
 
 

durch den ausgegebenen Wert 255 - 2N der jeweilige Zustand des Datenregisters angezeigt.

Werden zum Beispiel die Taster D2 und D5 gedrückt, so wird nach Eingabe des obigen PRINT-Befehls der Wert 255 - (22 - 25) = 219 angezeigt. Werden die Eingangskanäle nicht durch einen Taster (= Kurzschluß), sondern mit einen Widerstand mit GND verbunden, so ist zu beachten, daß der Wechsel von "High" nach "Low" des jeweiligen Kanals nur bei Widerständen < ca. 10 Ohm erreicht wird. Die Datenkanäle können also nicht durch Photowiderstände oder Phototransistoren auf "Low" gezogen werden. Wesentlich besser geeignet sind dazu die Eingänge SELECT, PE (Papier aus) und ACKNLO.
 

Die Programmierung des STATUS-Registers

Wir beschränken uns hier auf die Eingänge:

Für LPT1 handelt es sich hierbei um die Register-Adresse 37A Hex bzw. 890 Dez.
 

Es sollen hier nur die Ausgänge

Diese Beiden Kanäle gehören zum Steuer-Register. Es sollte beachtet werden, daß nach dem Einschalten des PC's beide Ausgänge "High" sind. Soll nach dem Experimentieren wieder gedruckt werden, muß durch den Befehl

die Schnittstelle wieder für den Druckerbetrieb initialisiert werden.

Wichtig: Anders als bei INIT wird bei STROBE das zugehörige Bit durch OUT 890,0 auf "High" geschaltet. Entsprechend wird mit OUT 890,1 auf "Low" geschaltet. Bei INIT ist es genau umgekehrt (normal).

Die Buchsen können wie dargestellt, eingebaut werden. Es empfiehlt sich, die Platine auf einen Holzrahmen zu befestigen und die Centronic-Einbaubuchse nach dem Verlöten in einer der Form entsprechenden Öffnung im Rahmen fest zu verschrauben.

Zur experimentellen Untersuchung der Datenkanäle D0 ... D7 empfiehlt sich die Herstellung folgender einfacher Schaltung. 8 Leuchtdioden wird jeweils ein Schutzwiderstand vorgeschaltet (Vorsichtsmaßnahme). Jede der Dioden wird mit je einem Datenkanal verbunden.

Achtung wichtig!

Mit dem Befehl OUT 888,255 werden alle Ausggänge auf "High" gesetzt. Die LED's müßten leuchten. Tun sie das nicht, ist die Rechner-Masse (GND) nicht auf Pin 16 des Centronics-Steckers gelegt. In diesem Fall den Centronics-Stecker (in der Regel einfache Klinken-Verriegelung) - nicht jedoch den 25-poligen, rechnerseitigen SUB-D-Stecker - öffnen und überprüfen, ob PIN 16 angeschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, muß Pin 16 mit einem der Anschlüsse 19 - 30 (alle GND) verbunden werden. Es empfiehlt sich beim Löten den Stecker auch rechnerseitig abzuziehen.
 

Nun steht einer Programmierung der Datenleitungen nichts mehr im Wege. z. B:
Programm Lauflicht 1

Programm Lauflicht 2 - mit Rücklauf

Durch Entfernen des REM-Befehls in Zeile 250 und Zwischenschalten eines Photowiderstands (Cds) oder eines Phototransistors zwischen SELECT und GROUND geht das Programm bei "Nacht" in eine Blinkschaltung der als gelb definierten LED's über.

Hinweis: Die Warteschleifen müssen an die Taktgeschwindigkeit des Rechners angepasst werden.
 

Messen von Zeiten mit dem PC

Die Grundlage für alle Zeitmessungen mit dem PC stellt der Timer-Baustein 8253 dar. Die von diesem Baustein gesteuerten Zeit-Intervalle können auf drei verschiedene Arten für Meßvorgänge benutzt werden.

Die einfachste Möglichkeit besteht software-mäßig über die TIMER - bzw. TIME$ - Befehle. Hier ist die Genauigkeit nicht besonders groß, da nur Zeitintervalle in Vielfachen einer Sekunde zur Verfügung stehen. Eine Stoppuhr läßt sich leicht programmieren wobei mit SELECT ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dies ist auch direkt mit dem Drucker möglich (Select-Taste - Drucker muß natürlich eingeschaltet sein).

Beispiel: Die Momentangeschwindigkeit von Spielzeugloks soll ermittelt werden.

Auf der Lok (Anhänger) wird ein Streifen aus dunklem Karton angebracht. Eine Gabellichtschranke wird so justiert, daß der Streifen genau durch die Öffnung der Lichtschranke "fährt". Aus der Länge des Streifens und der Verdunklungsdauer kann die Geschwindigkeit ermittelt werden.

Als Gabellichtschranke verwendet man den Baustein CNY 37. Bei diesem Bauteil handelt es sich um einen besonders geformten Optokoppler, bei dem die (IR)-Lichtstrecke zwischen LED und Phototransistor herausgeführt ist und damit durch Papierfähnchen oder Zahnräder unterbrochen werden kann.

Es empfiehlt sich die Lichtschranke fest auf einer Platine anzubringen. (Anlage 4c)

1	Gabellichtschranke CNY 37	184250
2	Buchsen, teilisoliert rot	733814
1	Buchsen, teilisoliert grün	733857
1	Buchsen, teilisoliert schwarz	730661
4	Bananen- u. Laborstecker rot	733822
2	Bananen- u. Laborstecker schw.	731196
2	Büschelstecker grün	730670
1	Experimentierplatte Lötpunkt	495204
1	Widerstand 56 Ohm	402397

Mit folgendem Programm wird die jeweilige Geschwindigkeit der Loks ermittelt:.

Optokoppler bieten die größte Sicherheit bei Schaltungen mit der prallelen Schnittstelle. Der Zweifach-Optokopler ILD 74 erlaubt den Anschuß von 2 getrennten Steuerkreisen an die Daten-Kanäle D0...D7. Er kostet ca.4,50 DM (z. B. Firma Conrad - Bestellnummer 183610). Der Anschluß der Optokoppler-LED an die Datenkanäle D0...D7 ist ohne Schutzwiderstand möglich.

Die Schaltung des Optokopplers bei Verwendung der Eingänge SELECT, PE und ACKNLG zeigt die Abbildung.