Schnittstelle - Berufskolleg Uerdingen

Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Erarbeitet von:
Stanislaw Gesty
Robert Maj
Lehrer:
Herr Thor
Schule:
BKU
Klasse:
FET 91
Jahr:
1999-2003
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Mitteilung:
Das vorhandene Projekt ist von S. Gesty und H. Maj in der Schule
„Berufskolleg Krefeld“ Fachrichtung: Datenverarbeitungstechniker in der
Zeit von 05.09.2002 bis dem 20.01.2003 erarbeitet worden. In dem
Projekt sind teilweise Technologien, technische Überlegungen,
Schaltungen und Erfahrungen eingesetzt worden, daher ist vor der
gewerblichen Nutzung schriftliche Genehmigung alle Urheber- Rechtsund Lizenzinhaber einzuholen.
Die Dokumentation ist sorgfältig und detailliert erarbeitet worden,
Trotzdem sind kleine Fehler nicht auszuschließen und deswegen
übernehmen wir keinerlei juristische Verantwortung. Die Dokumentation
bezieht sich auf den Einsatz in der Schule (Labortische) Klassenraum
2006 bei dem Lehrer Herr Thor.
Die Funktionalität ist bei normalen, innenräumlichen Zuständen geprüft
worden. Jegliche Reparaturarbeiten sowie Verbesserungen technischer
Art sind von der Fachkräften durchzuführen.
Wir wünschen allen die mit unserer Projektarbeit in späteren Jahren
weiter in der Schule arbeiten müssen viel Erfolg.
Stanislaw Gesty
Krefeld den 22.01.2003
Robert Maj
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Project overview
The objective of this project was to introduce the utilisation of optic
couplers with galvanic separation for usage with specific IO ports that are
part of standard PC hardware.
While using the standard PC for a number of applications – specifically in
connection with measurement or other external devices – the user is
faced with the possibility of computer damage due to malfunction of the
peripherals, signal surges and other occurrences transported via the
connection between the computer and external device.
One of the intermediate elements within this transportation chain is the
I/O port that effectively provides the connection between the computer
hardware and peripheral. Modifying this element in order to achieve a
higher level of security and robustness thus represents a comparatively
simple path that will nonetheless increase the livespan and decrease
reparation costs of computer hardware in the long run.
Our project aimed at using optic couplers of the 6N137 to provide the
security link desired. By using said elements together with separate
currents for both sides concerned (side A: PC and side B the galvanically
separated side), a complete galvanic isolation of both sides is
established.
The optic coupler technique has been applied to the two most popular
I/O ports used with contemporary personal computers, namely the COM
and LPT (or parallel) ports: the COM port as standard connection for a
number of peripherals including computer mice and modems and the
parallel port as standard I/O connection for printers.
In both cases, the desired modification effects have been achieved while
leaving the port performance unaffected; the user thus benefits from
increased security while facing now drawbacks in the shape of
performance reduction or similar.
The project team is represented by Stanislaw Gesty & Robert Maj; the
project has been undertaken at the Berufskolleg Krefeld-Uerdingen in the
time between 2002/09/05 and 2003/01/20.
The team members hope that the modifications made will prove
worthwhile and that the participants in the following years will in turn
successfully complete their projects.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Inhaltverzeichnis:
1.
Warum Galvanische Trennung für die COM- und LPTSchnittstelle?
2.
Technischer Aufbau der COM- Schnittstelle.
2.1
Bedeutung der einzelnen Signalleitungen.
2.2
Der Datenaustausch zwischen dem Computer und z.B.
Modem erfolg auf „Handshake“ Basis.
3.
Galvanische Trennung für die COM- Schnittstelle
4.
Die Schaltungsbeschreibung
5.
Stromversorgung für die COM- Platine mit Schaltplan
6.
Verbindungskabel zwischen
steckgehäuse
6.1
Netzteil
und
Platinen-
Pinbelegung der Hartiengstecker
7.
Platinensteckgehäuse
8.
Verbindungskabel zwischen COM Platine und Frontpaneel
Platine, Pinbelegung der Buchse
9.
Technischer
Aufbau
(Anzeigeplatine).
10.
Technischer Augbau der Frontplatine
11.
Datenübertragung mit Hilfe der
LPT- Schnittstelle
der
Frontpaneel
11.1 Funktionsweise der parallelen Datenübertragung
11.2 Pinbelegung der LPT –Schnittstelle
Platine
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
12.
Galvanische Trennung Für die LPT- Schnittstelle
13.
Spannungsversorgung der Platinen zur galvanischen
Trennung
14.
Labortischinstallation
1.
Warum Galvanische Trennung für die COM- und
LPT- Schnittstelle?
In vielen verschiedenen PC Einsatzmöglichkeiten z.B. Meß-, Steuer- und
Regeltechnik, besteht die Gefahr, dass man den Computer - genauer
gesagt die Schnittstelle - durch unzulässigen Einsatz, Kurzschlüsse oder
Anschluss
an externe Geräte beschädigen kann. Um die
Reparaturkosten und unnötigen Ärger zu vermeiden, ist es sinnvoll die
galvanische Trennung einzusetzen. In unserem Projekt werden
Optokoppler von Typ 6N137 als Trennstufe verwendet. Durch Einsatz
von o.g. Elementen und separaten Spannungen für beiden Seiten (Seite
A-PCs und Seite B- Galvanisch getrennte Seite) erreicht man eine
vollkommende
Galvanische
Trennung
zwischen
PC
und
Peripheriegeräten.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
2. Technischer Aufbau COM- Schnittstelle
Im Gegensatz zur parallelen Schnittstelle sind erheblich weniger
Leitungen notwendig, um Daten seriell zu übertragen. Das bedeutet, es
werden nicht alle 8 Bit gleichzeitig auf 8 Leitungen, sondern
nacheinander auf ein und derselben Leitung übertragen. Hauptvorteil
der seriellen Übertragung ist die Entfernung von maximal 12-15 Metern
über die Daten ohne zusätzliche Verstärker übertragen werden können.
Heutzutage ist jeder Computer mit einer COM- Schnittstelle ausgestattet,
welche bspw. für den Anschluss einer Maus oder eines Modem benutzt
wird. Die übliche Bezeichnung dieser COM- Schnittstelle in Europa ist
V24/V28.
Der Standart RS232 (Recommended Standard) ist in Jahre 1962 durch
die Firma Electronic Industries Association (EIA) eingeführt worden. Die
Norm wurde eingeführt um die Zustände zwischen DTE und DCE zu
normalisieren. Im Jahr 1969
hat die
Firma EIA erneut einen
verbesserten Standart von RS232C eingeführt, dieser Standart ist bis
heute in vielen Bereichen in der Computertechnik wiederzufinden. Es
existiert noch RS232D aus dem Jahre 1988, und RS232E aus dem
Jahre 1990.
Der Datentransfer erreicht eine Geschwindigkeit von ca. 11,5 KBit/s. Die
Daten werden nacheinander auf einer Leitung nach einem bestimmten
Protokoll zwischen PC und Peripherie ausgetaucht.
Es bestehen zwei verschiedene Formen von Transmissionen: die
Synchrone und Asynchrone Übertragung. Wie erwähnt arbeiten die
üblichen seriellen Schnittstellen eines PC ausschließlich asynchron.
Im Gegensatz zur parallelen Schnittstelle sind erheblich weniger
Leitungen notwendig, um Daten seriell zu übertragen. Das bedeutet, es
werden nicht alle 8 Bit gleichzeitig auf 8 Leitungen, sondern
nacheinander auf ein und derselben Leitung übertragen.
Die COM- Schnittstelle ist grundsätzlich für die bidirektionale
Datenübertragung konstruiert. Man benötigt nur 9-Leitungen, in der
einfachsten Form sogar nur drei.
Die Spannungspegel bei der Übertragung liegen erheblich höher als bei
der Parallelschnittstelle, im Bereich zwischen -12/+12 Volt. Die logische
1 entspricht dem Spannungswert von kleiner 3Volt und die logische Null
größer +3Volt. Der Bereich zwischen -3Volt und +3Volt ist undefiniert
und somit nicht zulässig. Die Übertragung zwischen Computer und
bspw. dem Moden kann ohne zusätzlichen technischen Aufwand bis auf
30m erweitern werden, bei einer Geschwindigkeit von 115,2 KBit/s.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
+12 Volt
zulässiger Bereich
für logische Null
+3 Volt
unzulässiger Bereich
GND
unzulässiger Bereich
-3 Volt
zulässiger Bereich
für logische Null
-15 Volt
Spannungspegel bei der RS232C
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Draufsicht auf die 9-polige Buchse:
Pin:
1.
2.
3.
Bedeutung:
DCD
RxD
TxD
Richtung:
Ausgang
Ausgang
Eingang
4.
DTR
Eingang
5.
GMD
Signalerde
6.
7.
8.
9.
DSR
RTS
CTS
RI
Ausgang
Eingang
Ausgang
Ausgang
Draufsicht auf die 25-polige Buchse:
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Erläuterung zur 25-poligen Schnittstelle:
Pin.
Bezeichnung.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Protective GND
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
Signal GND
CD
Nc
Nc
Nc
Nc
Nc
Nc
TC
Nc
RC
Nc
Nc
DTR
Nc
RI
Nc
Nc
Nc
Richtung
Ausgang
Eingang
Ausgang
Eingang
Eingang
Eingang
Ausgang
Eingang
Ausgang
Eingang
2.1 Bedeutungen der einzelnen Signalleitungen.
Data lines (TxD and RxD):
Es gibt zwei Datenleitungen, die für den Datentransport zuständig sind:
TxD (Transmitted Data) ist die Ausgangsleitung des Computers. Über
diese
Leitung
werden
die
Daten
seriell
gesendet.
RxD (Received Data) ist die Empfangsleitung des Computers. Über
diese Leitung werden die Daten seriell empfangen.
Request To Send (RTS) -Sendeteil einschalten:
RTS ist ein Ausgangssignal, d.h. es wird ein Signal an das
angeschlossene Gerät, in den meisten Fällen ein Modem, gesendet.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Dieses Signal hat die Bedeutung eines Anfragesignals für zu sendende
Daten.
Clear To Send (CTS) - Sender-Freigabe:
CTS ist ein Eingangssignal, d.h. es wird auf ein Signal des
angeschlossenen Gerätes gewartet. Empfängt das angeschlossene
Gerät das RTS-Signal und der Pin wurde für den Empfang freigeschaltet,
wird ein Signal zurückgesendet. Dieses ist das CTS- Signal für den
Ursprungs-Computer.
Data Terminal Ready (DTR) - DE-Einrichtung betriebsbereit:
DTR ist ein Ausgangssignal. Es wird also ein Signal an das
angeschlossene Gerät gesendet. Dieses Signal zeigt die Bereitschaft
zum senden von Daten.
Data Set Ready (DSR) –Betriebsbereitschaft:
DSR ist ein Eingangssignal. Es wird auf dieser Leitung auf ein Signal
des angeschlossenen Gerätes gewartet. Wird ein DTR- Signal
empfangen, wird ein Signal zurückgegeben. Dieses Signal wird vom
Ursprungs-Computer als DSR-Signal empfangen.
Data Carrier Detect (DCD):
Dieses ist ein Eingangssignal. Es wird vom Modem zum Computer
gesendet. Hierzu werden die Datenbits mit Hilfe einer Trägerwelle
moduliert. Sobald ein "handshake" zwischen dem Computer und dem
Modem stattgefunden hat, sendet das Modem eine Trägerwelle zu dem
anderen Modem. Sobald hier die Trägerwelle erreicht wurde, wird ein
DCD-Signal zum Computer gesendet.
Ring Indicator (RI) Ankommender Ruf.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
2.2 Der Daten Austausch zwischen dem Computer
und z.B. Modem erfolg auf Handshake Basis.
Die folgende Beschreibung zeigt, wie der „Handshake“ funktioniert.
Sobald die physikalische Verbindung zwischen dem Computer und dem
Modem hergestellt worden ist, werden beide Geräte eingeschaltet.
Danach kann das DTR- Signal im "Ein-Status" festgestellt werden.
Falls das Modem ein DTR- Signal empfängt und wenn es keine Störung
hat, wird es reagieren und das DSR-Signal in den "Ein-Status" setzen.
Ist der Computer bereit, Daten zu senden, schaltet er beim Empfang des
DSR-Signals das RTS-Signal in den "Ein-Status".
Empfängt das Modem das RTS-Signal, wird es mit dem "Ein-Status" für
das CTS- Signal reagieren.
Daraufhin signalisiert der Computer, dass er Bereit ist Daten zu senden,
wodurch der „Handshake“ vollzogen ist.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
3.0 Galvanische Trennung für die COM- Schnittstelle
Schaltplan für drei Verbindungen:
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Schema –Galvanische Trennung. Alle Leitungen.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
4.
Die Schaltungsbeschreibung
Das Schaltbild (Abbildung 1) zeigt übersichtlich die einzelnen
Baugruppen des Gerätes. Man erkennt an der vollen Beschaltung der
E/A-Buchsen, dass tatsächlich alle Signalleitungen der RS232Schnittstelle bedient werden.
Die Signale gelangen über BU1 / BU2 an die Transistorstufen T1 bis T7,
die jeweils die LED des zugehörigen Optokopplers ansteuern. Die
Kollektor-Widerstände R 3/6/10/13/16/19 legen den Strom durch die
jeweilige Sende-LED fest. Die RC-Kombination vor den Transistorstufen
sorgt für steilere Signal-Flanken, um die geforderte hohe Datenrate
erreichen zu können. Der Empfänger des Optokopplers steuert
anschließend jeweils einen Schnittstellen- Leitungstreiber an, der die
erforderlichen Signalpegel bereitstellt (12 V). Ergänzt wird die Schaltung
durch ein Netzteil, das für jede Seite (PC- und Peripherieseite) getrennte
Versorgungsspannungen bereitstellt (Abbildung 2).
Während die 12V-Spannungen für den Betrieb der LED-Ansteuerstufe
und des Schnittstellentreibers unstabilisiert zur Verfügung stehen,
werden aus der jeweiligen +12V-Eingangsspannung mit einem 5VRegler (IC 10/11) die +5 V für die IR-Empfänger der Optokoppler
erzeugt. LED D 4 dient als Betriebs-Anzeige für das Gerät.
5.
Stromversorgung für die COM- Platine mit
Schaltplan
Für die fehlerfreie Funktionalität der Platine ist eine Spannung von
+12V/-12V und +5V nötig. Das Netzteil liefert Versorgungsspannung für
jeder Seite der Platine (PC-Seite und Peripherieseite) 2 x +/-12V und 2 x
+5V. Die 220V Spannung ist durch Einsatz von Print- Transformatoren
(Transformator mit zwei getrennten Sekundärwicklungen)auf 2 x 9V/2 x
0.556mA transformiert. Die 12V Spannung (unstabilisiert) wird für die
Schnittstellentreiber von Typ MC1488 benötigt sowie die 5V für IR(
infrarot) Empfänger der Optokoppler. Stabilisierte 2 x 5V Spannungen
werden aus der jeweilige 12V-Eigangsspannung durch Einsatz von
Spannungsregler von Typ 78L05/1A erzeugt.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Netzteilschaltung. (Eagle)
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
6.
Verbindungskabel zwischen Netzteil und
Platinensteckgehäuse.
Um das Netzteil mit dem Platinensteckgehäuse zu verbinden ist ein
10- adriges Kabel mit Hartingstecker eingesetzt worden, wobei zwei
Leitungen freigelassen wurden.
6.1 Pinbelegungen der Hartingstecker.
Pinbelegung
1
2
3
4
5
6
7
8
Spannung
+12V
-10V
+5V
GND
+10V
-12V
+5V
GND
Farbe
Braun
Blau
Rot
Schwarz
Violett
Grün
Gelb
Grau
Peripherie
PC Seite Seite
x
x
x
x
x
x
x
x
7. Platinensteckgehäuse
In einem Gehäuse aus Hartglasgewebe und Aluminium sind alle drei
Platinen für die galvanische Trennung (COM- Schnittstelle und LPTSchnittstelle) angebracht.
Das Gehäuse besteht aus jeweils einer oberen und unteren
Abdeckplatte die aus Hartglasgewebe besteht und aus vier Aluminium
Modulschienen. Für die Einschubfächer werden sechs Trageführungen
aus Kunststoff verwendet. An der Rückwand des Gehäuses befinden
sich drei 31-polige Anschlussbuchsen.
Die untere ist mit der COM- Schnittstelle des PCs durch ein mehradriges
Kabel verbunden, es werden aber nur 9 Adern verwendet. Die
Pinbelegung der Buchse wird separat beschrieben und erläutert.
Die zwei oberen Buchsen sind mit dem LPT Anschluss durch 25-polige
Kabel
an den PC angeschlossen. Alle 25 Leitungen der LPT
Schnittstelle sind auf zwei Platinen aufgeteilt. Auf der oberen LPT-
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Platine sind die Signalleitungen galvanisch getrennt und auf der
unteren LPT- Platine die Datenleitungen.
Die Eingänge bzw. Ausgänge müssen mit entsprechenden
Spannungsquellen versorgt werden. Die Ausgänge der 3 Platinen in dem
Gehäuse werden mit der Anzeigeplatine, die auf dem Frontpaneel
montiert ist, mit Hilfe von zwei Verbindungskabel, eins für den LPT1-Port
und eins für den COM- Port, verbunden. Die Verbindungskabel sind an
die Steckleisten an dem Gehäuse angelötet und an der Platine, die am
Frontpaneel montiert ist, mit einer 26-polige Buchse abgeschlossen.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
8.
Verbindungskabel zwischen COM- Platine und
Frontpaneel Platine, Pinbelegung der Buchse
Signal: Farbe
Pinbelegung
(Platinesteckgehäuse)
Pinbelegung
(Buchsenleiste 10-Polig)
DCD
schwarz
7
1
RxD
Braun
8
2
TxD
Rot
3
3
DTR
Orange
4
4
GND
Gelb
13
5
DSR
Blau
9
6
RTS
Violett
6
7
CTS
Grau
10
8
RI
Weiss
11
9
9. Technischer Aufbau der Frontpaneel Platine
(Anzeigeplatine)
Die Platine wurde für das schon bestehende Frontpaneel angefertigt und
angepasst. Auf der Platine befinden sich 9 Dual LEDs (grün-rot) für die
Signalleitungen der COM- Schnittstelle und 17 LEDs (rot) für die LPTSchnittstelle. Neben den LEDs befinden sich auf der Platine, für COM
sowie für LPT, Kontaktbohrungen für den Anschluss der 3mm
Steckbuchsen, die sich auf dem Frontpaneel befinden.
Durch die eingesetzten Dualdioden kann man die Signalpegel (Low oder
High) verfolgen.
Von der Platine sind ebenfalls Ausgangskabel angebracht, die dann auf
dem Frontpaneel montiert werden. Auf der Rückseite der Anzeigeplatine
befinden sich eine 10-Polige sowie eine 26-Polige Steckerleiste mit
Auswurfhebel.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
10. Technischer Aufbau der Frontpaneele
Das Frontpaneel wurde so konstruiert, dass sich alle Ausgangssignale,
sowohl die des LPT- Ports als auch die des COM- Portes, nicht nur
durch LEDs anzeigen lassen, sondern auch mittels eines Messgerätes
oder auch eines Oszilloskops messen lassen. Es wird sowohl ein
Spannungsausgang für +12V, -12V als auch +5V sowie ein
Masseanschluss zur Verfügung gestellt.
ACHTUNG:
Diese Anschlüsse dürfen mit max. 300mA belastet werden.
Es wurden ebenfalls, für den COM- Port sowie für den LPT- Port, voll
funktionsfähige Anschlüsse angebracht, an denen dann auch
verschiedene Versuchsplatinen bzw. Peripheriegeräte angeschlossen
werden können.
10. Datenübertragung mit Hilfe der LPT
-Schnittstelle
Parallele Schnittstellen
Bei dieser Art der Schnittstellen werden die Daten in paralleler Form
übertragen. Bei der Übertragung zu Ein-/Ausgabe-Einheiten
repräsentieren die Daten meist alphanumerische Zeichen.
Häufig reicht ein Zeichensatz von maximal 256 Zeichen aus. Zur
eindeutigen Codierung eines Zeichens genügen somit 8 Bit. Deshalb
werden meist auch 8 Datenleitungen und 2 Steuerleitungen zur
bitparallelen Übertragung genutzt.
Die Parallel Schnittstelle funktioniert auf bidirektionale Weise, das heißt
man kann die Daten in beiden Richtungen übertragen.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
11.1 Funktionsweise der parallelen Datenübertragung
Die Funktionsweise der parallelen Datenübertragung soll hier am
Beispiel der Kommunikation mit einem Drucker erläutert werden.
Als erstes wird das auszugebende Byte in das erste Register der
parallelen Schnittstelle geschrieben. Dadurch liegen diese Signale auch
über die Datenleitungen D0-D7 am Drucker an.
Um dem Drucker mitzuteilen, dass ein Zeichen zur Ausgabe anliegt, wird
die STROBE -Leitung auf '0' gesetzt. Allerdings muss das STROBESignal möglichst schnell wieder zurückgenommen werden, damit der
Drucker das Zeichen nicht zweimal liest. Um dem Drucker genügend Zeit
zu geben, das Zeichen von den Datenleitungen zu lesen, sollte das
STROBE -Signal jedoch mindestens eine Mikrosekunde anliegen. Das
ist keine besonders lange Zeitspanne, und so wird der Drucker, selbst
mit Einlesen in einen internen Puffer, kaum mit dieser
Übertragungsgeschwindigkeit mithalten können.
Dazu setzt der Drucker das BUSY -Signal auf '1', welches durch seine
negative Logik auf der Schnittstellenseite den Wert '0' annimmt. Dadurch
verhindert der Drucker die Übertragung weiterer Zeichen. Gleichzeitig
wird auch das ACKNOWLEDGE -Signal auf '0' gesetzt, welches der
Schnittstelle wieder durch negative Logik anzeigt, dass der Drucker das
letzte Zeichen angenommen hat.
Auch der Drucker hat die Möglichkeit, über drei ihm zur Verfügung
stehenden Leitungen, der Schnittstelle Informationen mitzuteilen:
Die Leitung PE (Paper empty) zeigt der Schnittstelle an, dass dem
Drucker Papier fehlt. Die SELECT -Leitung teilt der Schnittstelle mit,
dass der Drucker in den "Off-Line"- Modus geschaltet wurde.
Fehlermeldungen werden über die ERROR- Leitung übermittelt.
Die Schnittstelle ihrerseits kann den Drucker über verschiedene
Steuerleitungen beeinflussen:
Über die SELECT-IN -Leitung kann der Drucker in den "Off- Line" Modus ( log. '0') bzw. "On- Line" -Modus (log. '1') geschalten werden. Die
AUTOFEED -Leitung zeigt dem Drucker an, ob er jedem CARRIGERETURN -Zeichen automatisch ein LINE-FEED hinterherschicken soll.
Solange diese Leitung auf '1' ist, verfährt der Drucker so. Mit Hilfe der
INIT -Leitung wird beim Drucker ein Reset erzeugt. Durch die negative
Logik muss das entsprechende Bit nur kurzzeitig auf '0' gesetzt werden,
damit der Drucker keinen endlosen Reset durchführt.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
11.2 Pinbelegung der LPT -Schnittstelle
Anschlussbelegung der 25-poligen bidirektionalen
parallelen Schnittstelle :
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Pin
Signal
Richtung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18-25
Strobe
Data Bit 1
Data Bit 2
Data Bit 3
Data Bit 4
Data Bit 5
Data Bit 6
Data Bit 7
Data Bit 8
ACK
BUSY
PE
SLCT
Autofeed
Error
Imit
SLCT IN
GND
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Ausgang/Eingang
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
12. GALVANISCHE TRENNUNG durch Einsatz von
Optokoppler zwischen PC und Peripheriegeräten bei
bidirektionaler Kommunikationsart für die LPT Schnittstelle
Aufbau der bidirektionalen Trennstufe mit Optokoppler6N137
Als
Potentialtrennungsglieder für die Datenübertragung werden
Optokoppler in immer größerem Maße eingesetzt. Mitunter will man
jedoch Signale auf derselben Leitung in beide Richtungen übertragen.
Die unten abgebildete Schaltung ermöglicht dies auf einfach Weise:
Im Ruhezustand werden die Ein- bzw. Ausgänge In1 und In2 über die
Widerstände R1 und R2 auf logisch „1“ gesetzt. Dadurch wird der
Ausgang von Tor a logisch „0“ und der Transistor im Optokoppler (OK1)
sperrt. Die Eingänge des Invertierers d und des Tores f (offener Kontakt)
liegen auf „1“, In2 bleibt unbeeinflusst.
Setzt man In2 auf „0“ so entsteht am Ausgang von Tor e eine „1“
(Eingang 1 von Tor e liegt in Ruhezustand auf „1“). Der Transistor des
Optokopplers (OK2) schaltet jetzt durch und setzt über den Invertierer b
den Eingang 2 des Tores a auf „1“. Durch den Treiber c (offener
Kollektor) werden In1 und zugleich Eingang 1 des Tores a auf „0“
gesetzt. Tor a blockiert den Optokoppler. Wird In 2 wieder „1“ so bleibt
der Optokoppler unbeeinflusst, da an Tor a beide Eingänge den Zustand
wechseln. Durch Differenzen in den Schaltzeiten des Invertierers b(d)
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
und des Treibers c (f) (abhängig von der Last an In1 bzw. In2) können
beim Umschalten kurze Impulse entstehen. Optokoppler haben jedoch
im Vergleich zu TTL- Bausteinen längere Verzögerungszeiten, so dass
diese Signale nicht übertragen werden.
Spannungsversorgung
Trennung
der
Platinen
zur
galvanischen
Die Platinen zur galvanischen Trennung der Daten- als auch
Signalleitungen muss auf beiden Seiten, sowohl die des PCs als auch
die der Peripherie, mit einer separaten Spannungsversorgung von min.
4,8 V – max. 4,9V versorgt werden. . Damit ist eine einwandfreie
Funktion gewährleistet. Die Spannungsfestigkeit spielt eine sehr wichtige
Rolle, in dem Moment, wo der PC von high auf low schaltet. Die
Stromaufnahme beträgt hierbei ca. 550 mA pro Seite.
Ein Entwurf eines Schemas des Netzteils zur Spannungsversorgung
liegt bei.
Zeichnung Nr.: xx
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle
Labortisch Installation
Die Labortische werden vom Stromanschlusskasten mit Spannung über
eine NYM-Leitung mit Querschnitt von 3x1,5mm² versorgt. Das
Zuleitungskabel
wird
mit
einer
5-poligen
KragenSteckverbindungsklemme (-buchse) abgeschlosen. Die Tischinstallation
wird über einem 30 mA Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter)
geschützt und mit 6A Lasttrennschalter abgesichert, welche sich links
auf dem Frontpanel befinden.
Der Lasttrennschalter ist rechts neben dem FI-Schalter angeordnet.
Vor dem FI-Schutzschalter befindet sich ein weiterer Abgang (siehe
Zeichnung Nr ), für Dreifachsteckdosen, die sich an der Rückseite von
den Tischen befinden.
Die Funktion
Nach dem Betätigen des Eintasters zieht das Schütz K1 an und durch
den Kontakt 13;14 bleibt es in Selbsthaltung.
Die Spannung, zur Versorgung der im Tisch befindlichen Netzgeräte,
wird mit über das Schütz K1 verdrahtet, so dass erst im eingeschalteten
Zustand die Spannung am Abgang anliegt.
Bei Gefahr wird der Not-Aus-Taster betätigt, welcher dann die komplette
Stromversorgung abschaltet. Ein Wiedererlangen der Spannung ist nur
durch
den
Lehrer
möglich,
über
einen
Schalter
im
Hauptstromversorgungskasten vom Klassenzimmer.
Im Tischaufbau befinden sich als Altbestand ein Netzgerät mit zwei
getrennt regulierten Spannungsausgängen.
Erweitert wurde der Tischaufbau um ein Platinensteckgehäuse, in
diesem befindet sich eine Platine zur galvanischen Trennung von PCschnittstellen und eine COM- Platine, welche durch ein seperates
Netzteil versorgt wird. Auch dieses Netzteil befindet sich zusätzlich im
Tischaufbau.
Galvanische Trennung für die COM und LPT Schnittstelle