Schnittstellen - Netzmafia

1 SchnittstellenSerielleSchnittstelle, USB, Feldbusse, SPI, I2C, 1-Wire urgen Plate, 12. November 2017 Inhaltsverzeichnis1 Parallele Grundlagen der Ansteuerung von Parallel- Schnittstellen .. Digitalausg ange .. Digitaleing ange .. Ansteuerung .. Der IEC-Bus (IEEE-Bus) .. 92 Die serielle Die RS232C-Schnittstelle ( ) .. Die RS422-Schnittstelle .. Die RS485-Schnittstelle .. Die Stromschnittstelle(TTY) .. Die USB-Schnittstelle .. USB-Hardware .. 233 Der CAN-Bus .. Der LIN-Bus.

2 KNX .. 314 Die SPI-Schnittstelle .. Arbeitsweise des SPI .. Programmierung .. Der I2C-Bus .. 5 V,3,3 V Pegelwandler .. Lange Leitung .. Programmierung .. Der 1-Wire-Bus .. ZACwire .. 515 Literatur .. Schnittstellen .. Schaltungstechnik .. Links .. 554 InhaltsverzeichnisStichwortverzeichnis59 1 Parallele SchnittstellenDie E/A- Schnittstellen sind Bindeglied zwischen CPU und Peripherie. Sie sorgen unter anderem f urDatentransport, zeitliche Anpasung, Signalumsetzung, Pegelumsetzung, Erweiterung der Belastbar-keit, Datenformat-Anpassung, Codeumsetzung etc.

3 Das Einsatzgebiet reicht von einfacher Byte-orientierter Ein- und Ausgabe bis zur autonomen Verwaltung komplexer Protokolle, wie z. B. dieNetzwerkanbindung. E/A-Komponenten werden in der Regel so entworfen, dass sie jeweils einenm oglichst gro en Bereich von Anwendungen abdecken. Die Spezialisierung f ur die Anwendung ge-schieht durch Initialisierung der Komponente im System, ein Vorgang, der in Datenbl attern und imallgemeinen Sprachgebrauch Programmierung genannt wird: Nach jedem Einschalten des Systemsm ussen bestimmte Steuerregister dieser Komponenten von der CPU aus mit bestimmten Werten in-itialisiert jeder Controller verf ugt uber bitparallele Ein-/Ausgabe.

4 Der Zugriff auf die Peri-pherie erfolgt entweder programmgesteuert (polling) oder interruptgesteuert. Auch Bus-Treiberk onnen als sehr einfache E/A-Bausteine eingesetzt werden. So wurde z. B. die Standard-Druckerschnittstelle des IBM-PC mit zwei 8-Bit-Latches und zwei 8-Bit-Bustreibern realisiert (sie-he ). Kaum komplexer sind auch Speicher-Register mit nachgeschalteten Leistungstreibern. Sie ubernehmen auch die zeitliche Anpassung. ZumTeil sind sie mit Steuerlogik, Betriebsartenwahl (Ein/Aus) und Interrupt-Ausl osung flexibler im Einsatz sind programmierbare E/A-Komponenten ( Ports , deren Eigen-schaften und Funktion sind per Software einstellbar ist.)

5 Programmierbare Eigenschaften k onnen sein:Datenrichtung Ubertragungsgeschwindigkeit UbertragungsformatParit atspr ufungArtdes Interrupt-Signals von der PeripherieInterrupt-MaskeDiese Ports erlauben meist sowohl programmgesteuerten E/A-Transfer als auch interruptgesteuertenE/A-Transfer. F ur den einfachen E/A-Transfer gibt es zwei Grundtypen:Schnittstellef ur parallelen Datenaustausch. In der Regel sind mehr als ein 8 Bit breiter Port vor-handen (meist zwei bis vier). Steuer- oder Statusregister sind meist pro Port separat existieren jedoch auch parallele Schnittstellen , die aus einem Ger at herausgef uhrt und stan-dardisiert sind.

6 Dazu geh oren unter anderem der IEEE-Bus, der noch oft zur Ansteuerung vonMessger aten verwendet wird oder die parallele ur bitseriellen Datenverkehr. Diese Komponenten enthalten je einen Parallel-Seriell-und Seriell-Parallel-Wandler (Schieberegister). SIe werden im folgenden Kapitel der Ansteuerung von Digitalausg ange Uber Digitalausg ange werden beispielsweise Relais, Sch utze, Anzeige- und Warnlampen geschaltet,Displays angesteuert und Ger ate und Maschinen aller Art unter die Kontrolle des Mikrocomputersgebracht.

7 Digitalausg ange gibt es bez uglich ihres Zeitverhalten in unterschiedlichen Formen:StatischeAusg ange, die uber Register gepuffert sind. Durch den Ausgabebefehl wird ein n-Bit-Register geladen, dessen Inhalt in Form von Digitalsignalen nach au en ubergeben festgelegter oder programmierbarer Dauer. Hier l ost die Ausgabe einer 1 die Er-zeugung eines Impulses aus, dessen Dauer durch die Programmierung oder durch die Hardware(Taktfrequenz) vorgegeben ist. Oft wird diese Form der digitalen Ausgabe durch die Anwendungvon zwei Befehlen auf einen statischen Ausgang simuliert (Sequenz Bit ein - Bit aus).

8 Pulsfolgen:Am Digitalausgang entsteht eine programmierbare Anzahl von Impulsen. Pulsfolgenwerden im allgemeinen ebenfalls unter Programmkontrolle auf statischen Ausg angen wichtiger Parameter zur Beschreibung von Digitalausg angen ist die physikalische Spezifikationder Ausgangssignale. Dabei sind folgende Formen gebr auchlich:Spannungsausgang,der zun achst dem logischen Pegel des Rechnersystems (TTL, CMOS, .. ) en-spricht, der dann aber uber Pegelkonverter an die entsprechenden Prozesseing ange angepa t wer-den (ECO= Electronic-Contact), der einem gesteuerten Transistor mit offenem Kol-lektor entspricht.

9 Einoffener Kontaktdes ECO ist durch eine maximale zul assige Spannung undeinen Reststrom spezifiziert. Dergeschlossene Kontaktdes ECO ergibt sich aus einer Kollektor-Restspannung und einer maximal zul assigen Digitaleing angeDigitaleing ange dienen der direkten Eingabe digitaler Information und ubernehmen vielf altige Auf-gaben, darunter die Abfrage von Kontakten (Endkontakte, Tasten, Maschinenzust ande, St uckz ahler, ) und die Ubernahme von digitalen Me ergebnissen (z. B. Digitalvoltmeter,Digitalz ahler, Waagenergebnisse).

10 Auch Digitaleing ange werden unter Programmsteuerung abgefragt. Sie sind in Gruppen organi-siert, die der Breite der Parallel-E/A-Bausteine entsprechen. Mit jedem Eingabebefehl wird die ganzeGruppe eingelesen. In seltenen F allen ist die Datenrate so gro , da ein DMA-Anschlu der Digital-eingabegruppe erforderlich Gegensatz zu den Digitalausg angen gibt es recht unterschiedliche Typen von Digitaleing angen:Direkteing ange:Die Zust ande der Eingangsleitungen werden hier direkt ubernommen. Ihr Zu-stand im Zeitpunkt des Lese-Befehls ist ma gebend (LD- oder IN-Befehl).