DE10105857A1 - Kaskadierbarer Ein-/Ausgabedecoder - Google Patents

Abstract

Mein Decoder ist ein Modul. Das erste Modul besitzt einen Prozessor welcher die Kommunikation mit der Zentrale übernimmt und an verschiedene Bedingungen anpasst. Ein Anschluss ist sowohl an den seriellen, parallelen und USB-Port möglich. Dieses Modul und alle weiteren Module besitzen jeweils zwei Schieberegister welche 16 Ausgänge zur Verfügung stellen. Die Ausgabe erfolgt parallel. Mit Hilfe von Transistoren an jedem Ausgang entstehen 16 Eingänge. Die Schieberegister werden vom Prozessor auf dem ersten Modul gesteuert, wodurch eine sehr schnelle Ein- und Ausgabe möglich ist. Bei Übernahme von neuen Daten, werden die Ausgänge erst verändert, wenn die Daten komplett eingelesen wurden. DOLLAR A Module können beliebig oft, z. B. über einen Stecker, nacheinander angeschlossen (kaskadiert) werden. Dadurch wird die Anzahl der Anschlüsse pro Modul um 16 erweitert. Der Prozessor erkennt automatisch, wie viele Module angeschlossen sind. Es ist auch möglich, ein Modul ohne Prozessor an den PC anzuschließen. DOLLAR A Zur Stromversorgung kann eine Gleich- oder Wechselspannung zwischen 5 und 20 Volt angeschlossen werden. Das erste Modul generiert daraus die benötigte Spannung für die ICs. DOLLAR A Die Kosten sind durch die geringe Anzahl der Bauelemente und deren geringen Preisen sehr klein. Durch die Modulbauweise kann man die Schaltung leicht an die Bedürfnisse anpassen. Die Kosten verhalten sich linear. DOLLAR A Weiterhin ist es möglich, andere Module an einen Decoder anzuschließen, welche größere Lasten ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Damit verschiedene Geräte von einer "Zentrale" aus, z. B. einem PC, gesteuert werden können, benötigen sie ein Interface.

Es gibt unterschiedliche Verfahren, ein Signal von einer Steuereinheit, wie z. B. einem PC, an ein spezifisches Gerät zu senden.

• 1. Es ist bekannt, dass man das parallele Port nutzen kann, um aus den 8 Bit- Leitungen parallele Signale auszugeben und so 8 Geräte oder Funktionen eines Gerätes steuern kann. Eine Schaltung, die 8 Ein- und Ausgänge zur Verfügung stellt, ist das "Parallelport-I/O-Interface" aus der Zeitschrift Elektor 04/2000 Seite 58.
  Mit der aufwendigeren Schaltung, dem "Centronics-I/O-Port" aus dem Buch "306 Schaltungen" Seite 458, ist es möglich bis zu 32 Ausgänge und 20 Eingänge zur Verfügung zu stellen.
• 2. Auch ein serielles Signal kann über ein Interface so umgewandelt werden, das mehrere Ein- und Ausgänge bereitgestellt werden. Für die serielle Schnittstelle des PCs gibt es zwei Schaltungen, "8-Kanal D/O für RS232" und "8-Kanal D/I für RS232", die 8 Ausgänge bzw. 8 Eingänge entsprechend umwandeln. (Elektor 07/2000 S. 64/70)
• 3. Man kann auch, wie bei der "Digitalen Mehrzugsteuerung" von Märklin, zu jedes Gerät einen Decoder einbauen, die dann an einer Signalleitung angeschlossen sind. Diese besitzen eine spezifische Adresse und warten auf Befehle, die an sie gerichtet sind und reagieren darauf. Damit können sehr viele Geräte und Funktionen gesteuert werden.

Diese Schaltung haben jedoch gravierende Nachteile:

• 1. Die Anzahl der Ausgänge und Eingänge, wenn überhaupt vorhanden, sind stark begrenzt und können nur mit großem und komplizierten Schaltungsaufwand erweitert werden. Auch ist die Anzahl der benötigten ICs recht hoch. Allein für das "Centronics-I/O-Port werden 11 Schaltkreise benötigt. Außerdem benötigen sie ein paralleles Port, welches beim PC meist schon vom Drucker belegt ist.
• 2. Auch mit den seriellen Interfaces verhält es sich ähnlich in Beschränkung und Preis wie bei den parallelen Decodern.
• 3. Wenn für jedes Gerät ein Decoder gebaut oder angeschaffen werden muss ist das sehr zeitaufwendig und kostspielig.

Mein Interface soll parallele Ein- und Ausgänge mit geringem technischen und preislichen Aufwand bereitstellen. Dabei ist eine einfache Kommunikation mit der Steuereinheit (z. B. PC) über eine serielle Schnittstelle, die flexibel an das parallele und serielle Port angeschlossen werden kann, nötig. Die Anzahl der Anschlüsse für Geräte soll über eine Modulbauweise einfach erweiterbar sein.

Mein Decoder ist ein Modul. Das erste Modul besitzt einen Prozessor welcher die Kommunikation mit der Zentrale übernimmt und an verschiedene Bedingungen anpasst. Ein Anschluss ist sowohl an den seriellen, parallelen und USB-Port möglich. Dieses Modul und alle weiteren Module besitzen jeweils zwei Schieberegister welche 16 Ausgänge zur Verfügung stellen. Die Ausgabe erfolgt parallel. Mit Hilfe von Transistoren an jedem Ausgang entstehen 16 Eingänge. Die Schieberegister werden vom Prozessor auf dem ersten Modul gesteuert, wodurch eine sehr schnelle Ein- und Ausgabe möglich ist. Bei Übernahme von neuen Daten, werden die Ausgänge erst verändert, wenn die Daten komplett eingelesen wurden.

Module können beliebig oft, z. B. über einen Stecker, nacheinander angeschlossen (kaskadiert) werden. Dadurch wird die Anzahl der Anschlüsse pro Modul um 16 erweitert. Der Prozessor erkennt automatisch, wie viele Module angeschlossen sind. Es ist auch möglich, ein Modul ohne Prozessor an den PC anzuschließen.

Zur Stromversorgung kann eine Gleich- oder Wechselspannung zwischen 5 und 20 Volt angeschlossen werden. Das erste Modul generiert daraus die benötigte Spannung für die ICs.

Die Kosten sind durch die geringe Anzahl der Bauelemente und deren geringen Preisen sehr klein. Durch die Modulbauweise kann man die Schaltung leicht an die Bedürfnisse anpassen. Die Kosten verhalten sich linear.

Weiterhin ist es möglich, andere Module an einen Decoder anzuschließen, welche größere Lasten schalten können oder spezielle Aufgaben übernehmen. (z. B. Relais- Modul)

Schaltungs- und Anschlussbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Abb. 1: Schaltung des 16-Bit Decodermoduls mit Prozessor

Abb. 2: Schaltung eines weiteren Decodermoduls

Als Schieberegister verwende ich das IC 4094 (IC1 und IC2). Dieser Schaltkreis ist ein 8-Bit Schieberegister mit zusätzlichem Speicherregister und drei Ausgangszuständen. Mit Hilfe des Speicherregisters können die Ausgänge solange in gleichen Zustand gehalten werden, bis die neuen Informationen komplett in das Schieberegister übertragen wurden. Erst dann werden die Daten vom Schieberegister ins Speicherregister kopiert (IC1/2 STR).

Auf einem Modul befinden sich zwei Schieberegister (IC1 und IC2), welche insgesamt 16 Ausgänge liefern.

Vom Prozessor (Abb. 1 IC3) werden Daten seriell in das Schieberegister (IC1) geschoben. Dazu wird mit einem Taktimpuls (IC1/IC2 CLK) ein Bit an (IC1 D) übertragen und die Daten im Schieberegister um eins weiter geschoben. Das 8. Bit in IC1 welches auch am Kaskadierausgang QS* erscheint, wird an den Dateneingang (D) von IC2 weitergeleitet und dort eingeschoben.

Das Kaskadiersignal (QS*) von IC2 wird zum einen an die Steckerleiste angeschlossen und zum anderen an die Basis von T1. Ist kein weiteres Modul angeschlossen und so keine Verbindung zwischen Masse und Schalter, dann ist T2 geschlossen. Über T1 wird dadurch das Kaskadiersignal an den Prozessor weitergeleitet. Sollte der Kontakt zwischen Masse und Schalter geschlossen sein, da ein weiteres Decodermodul (Abb. 2) angeschlossen ist, dann ist T2 geschlossen. Es fließt kein Strom über T2 und daher auch nicht über T1. Dafür wird aber das Kaskadiersignal (Abb. 1 Reset) vom nächsten angeschlossenen Modul (Abb. 2) an den Prozessor geleitet.

Auf weiteren Modulen befinden sich nur noch 2 Schieberegister (Abb. 2), die jeweils mit dem Takt- (CLK), Daten- (QS* → D) und dem Übernehmen-Signal (STR) verbunden sind.

So können beliebig viele Module (Abb. 2) angeschlossen werden und man erhält 32, 48, 64 oder mehr Ausgänge. Anhand eines bestimmten Bitmusters kann ermittelt werden, nach wie vielen Taktimpulsen dieses Muster wieder am Prozessor (Abb. 1 IC3 PB4) erscheint. Damit steht die Anzahl der Ausgänge, die zur Verfügung stehen, bereit.

Ein weiterer Vorteil dieses ICs 4094 ist, dass die Ausgänge aktiviert bzw. deaktiviert (tristate) werden können (IC1/2 OE). Somit können auch leicht kurze Impulse an den Ausgängen erzeugt werden.

An jeden Datenausgang (Q1-Q8) eines Schieberegisters ist ein Transistor (T2-T10, T11-T18) mit seiner Basis verbunden. Der Kollektor wird mit den Kollektoren der anderen Transistoren an den Prozessor (Abb. 1 IC3 PB2) angeschlossen. Wird nun der Emitter eines Transistors auf Masse gelegt und der entsprechende Ausgang vom Schieberegister, mit dem der Transistor verbunden ist, aktiviert so wird auch die Eingangsleitung (Abb. 1 IC2 PB2) auf Masse gelegt. Damit erhält der Prozessor die Information über den Zustand des Eingangs. Auf diese Weise erhält man für jeden Ausgang auch einen Eingang.

Claims (8)

1. Interface zur Decodierung eines seriellen Signals in parallele Signale (Ausgänge) und umgekehrt (Eingänge) (Abb. 2), dadurch gekennzeichnet, dass das Interface aus kaskadierbaren Modulen zusammengesetzt ist und dadurch beliebig viele Ein- und Ausgänge besitzen kann.

2. Interface nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Decodierung durch Schieberegister (IC1 und IC2) erfolgt.

3. Interface nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Interfaces mit einem Prozessor (Abb. 1 IC3) erfolgt und dieser die Kommunikation nach außen übernimmt.

4. Interface nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (Abb. 1 IC3) Programmspeicher, SRAM und ROM bereits enthält.

5. Interface nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (Abb. 1 IC3) an einen beliebigen Port angeschlossen werden kann (LPT, COM, USB)

6. Interface nach Anspruch 4-5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation und Steuerung mit Hilfe der Software im Prozessor (Abb. 1 IC3) erfolgt.

7. Interface nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Ausgabeanschlüsse der Module und deren Anzahl durch den Prozessor zur Verfügung gestellt werden.

8. Interface nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, dass an einem Decoder-Modul auch andere Module für verschiedene Aufgaben angeschlossen werden können.