HALBLEITERHEFT2000

70

Elektor

7-8/2000

G. Vastianos

Diese Schaltung stellt acht
digitale Ausgänge (D/O =
Digital Out) mit offenem Kol-
lektor bereit, die von einem
PC-Programm über eine seri-
elle PC-Schnittstelle gesteuert
werden können. Das Pro-
gramm greift direkt auf die
UART-Register des benutzten
COM-Port zu.
PCs sind normalerweise mit
einem bis vier seriellen
Anschlüssen (COM1...COM4)
ausgestattet, von denen jeder,
wie aus Tabelle 1 hervorgeht,
8 Byte im I/O-Adressraum
belegt. Der serielle Datenaus-
tausch findet über die Leitun-
gen TXD (Senden) und RXD
(Empfangen) statt, die übrigen
Leitungen (DCD, DSR,
RTS,CTS, DTR, RI) haben mehr
oder weniger wichtige Hilfs-
funktionen. Bei einigen dieser
Leitungen handelt es sich um Ausgänge, bei anderen um Ein-
gänge. Mit Ausnahme von RXD kann auf jedes einzelne Sig-
nal über die zum COM-Port gehörenden UART-Register zuge-
griffen werden. Die Bit-Adressen gehen aus Tabelle 2 hervor.
Der RS232-Standard arbeitet mit negativer Logik: Einer logi-

schen 1 entspricht eine Spannung von nominal -12 V, einer
logischen 0 eine Spannung von nominal +12 V.
Der serielle Anschluss des Computers wird mit der Schaltung
über SUB-D-Buchsenleiste K1 verbunden. Die drei Ausgangs-
leitungen TXD, DTR und RTS steuern über R1...R3 und D1...D3

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

K1

74HC573

IC2

12

13

14

15

16

17

18

19

EN

11

C1

1D

2

3

4

7

8

9

5

6

1

74HC541

IC3

11

12

13

14

15

16

17

18

19

EN

2

3

4

7

8

9

5

6

&

1

IC4

2803

VEE

+VS

ULN

11

12

13

14

15

16

17

18

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

O1

O2

O3

O4

O5

O6

O7

O8

10

1

2

3

6

7

8

4

5

9

R4

10k

R6

10k

R5

10k

R1

2k2

D1

1N4148

R3

2k2

D3

1N4148

R2

2k2

D2

1N4148

4N28

IC6

5

4

1

2

6

4N28

IC7

5

4

1

2

6

4N28

IC8

5

4

1

2

6

CTR12

4040

IC1

CT=0

10

11

13

15

14

12

11

10

CT

4

2

3

5

6

7

9

1

+

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

R13

1k

R12

1k

R11

1k

R14

1k

R10

1k

R9

1k

R8

1k

R7

1k

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5

D4

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

V++

C4

330n

D12

1N4001

7805

IC5

C3

100n

IC1

16

8

C1

100n

C2

100n

IC2

20

10

IC3

20

10

5V

5V

004032 - 11

6 ... 40mA

9V

RST

LEN

CLK

8-Kanal D/O für RS232

059

HALBLEITERHEFT2000

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7-8/2000

Elektor

die drei Optokoppler IC6...IC8. Bei +12 V auf einer Leitung
wird der Fototransistor des betreffenden Optokopplers leitend,
bei -12 V sperrt er. Die Zuordnung der Signale TXD, DTR und
RTS zu den Signalen CLK und RST (IC1) sowie LEN (IC2) ist
folgende: RST

TTL

= NOT TXD

RS232

; CLK

TTL

= NOT DTR

RS232

;

LEN

TTL

= NOT RTS

RS232

.

RST und CLK steuern einen 12-bit-Binärzähler, von dessen

Ausgangssignalen jedoch nur die unteren acht Bit weiterver-
wendet werden. Die acht Leitungen sind mit Latch IC2 ver-
bunden, das von Signal LEN (Latch Enable) gesteuert wird.
Das Programm erzeugt als erstes einen RST-Impuls, der Zähler
IC1 zurücksetzt. Danach werden so viele CLK-Impulse ausge-
geben, wie für die gewünschten logischen Zustände an den
acht Zählerausgängen nötig sind. Zum Schluss folgt ein LEN-
Impuls, so dass die logischen Zustände in das Latch über-
nommen werden. Parallel an den Latch-Ausgängen liegen die
Buffer IC3 und IC4. Während IC3 nur die Aufgabe hat, die
Schaltzustände über die Dioden D4...D11 sichtbar zu machen,
stellt IC4 die acht Open-Collector-Ausgänge bereit. Sie sind
auf der Platine mit acht Lötpunkten verbunden, in die Lötstifte
eingesetzt werden können. Die höchstzulässige Spannung an
den Ausgängen des ULN2803 beträgt 50 V, die Summe aller
Ausgangsströme darf 500 mA nicht übersteigen.
Auf der Platine ist ein eigener Stabilisator (IC5) für die
Betriebsspannung vorgesehen. Die Stromversorgung kann ein
kleines Steckernetzteil übernehmen, dessen Ausgangsspan-
nung zwischen 9 V und 15 V liegt.

Das zur Schaltung
gehörende Programm heißt
CARD08DO, es wurde in
Turbo-Pascal geschrieben.
Der Aufruf innerhalb eines
beliebigen anderen Turbo-
Pascal-Programms muss fol-
gender Syntax genügen:

CARD08DO (COMADDRESS,
VALUE, DELTIME)

COMADDRESS: Word-Varia-
ble, Basis-Adresse des seri-

(C) ELEKTOR

004032-1

C1

C2

C3

C4

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

H1

H2

IC1

IC2

IC3

IC4

IC5

IC6

IC7

IC8

K1

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

R13

R14

0

+

V++

D7

D0

T

004032-1

(C) ELEKTOR

004032-1

Stückliste

Widerstände:
R1,R2,R3 = 2k2
R4,R5,R6 = 10 k
R7...R14 = 1 k

Kondensatoren:
C1,C2,C3 = 100 n
C4 = 330 n

Halbleiter:
D1,D2,D3 = 1N4148
D4-D11 = LED, Low-Current
D12 = 1N4001
IC1 = 4040
IC2 = 74HC573
IC3 = 74HC541
IC4 = ULN2803
IC5 = 7805
IC6,IC7,IC8 = 4N28 oder

CNY17-2

Außerdem:
K1 = 25polige Sub-D-

Buchsenleiste für
Platinenmontage

12 Lötstifte

Tabelle 1. COM-I/O-Adressen
Register

COM1

COM2

COM3

COM3

Transmit/Receive Buffer

3F8h

2F8h

3E8h

2E8h

Interrupt Enable Register

3F9h

2F9h

3E9h

2E9h

Interrupt Identification Register

3FAh

2FAh

3EAh

2EAh

Line Control Register

3FBh

2FBh

3EBh

2EBh

Modem Control Register

3FCh

2FCh

3ECh

2ECh

Line Status Register

3FDh

2FDh

3EDh

2EDh

Modem Status Register

3FEh

2FEh

3EEh

2EEh

Scratch Pad Register

3FFh

2FFh

3EFh

2EFh

Tabelle 2. UART-Bit-Adressen
Signal Pin-Nr. Pin-Nr.

COM1

COM2

COM3

COM3

Bit

I/O

(SUB-D 25)

(SUB-D 9)

TXD

#2

#3

3FBh

2FBh

3EBh

2EBh

6

O

DTR

#20

#4

3FCh

2FCh

3ECh

2ECh

0

O

RTS

#4

#7

3FCh

2FCh

3ECh

2ECh

1

O

CTS

#5

#8

3FEh

2FEh

3EEh

2EEh

4

I

DSR

#6

#6

3FEh

2FEh

3EEh

2EEh

5

I

RI

#22

#9

3FEh

2FEh

3EEh

2EEh

6

I

DCD

#8

#1

3FEh

2FEh

3EEh

2EEh

7

I

HALBLEITERHEFT2000

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Elektor

7-8/2000

ellen Port. Zulässige Werte sind hex. 3F8 (COM1), hex. 2F8
(COM2), hex. 3E8 (COM3) und hex. 2E8 (COM4).
VALUE: Byte-Variable, bestimmt bitweise die Schaltzustände
an den Ausgängen. Die 8 Bit ergeben ein Byte, bei dem das
LSB Ausgang 0 und das MSB Ausgang 7 repräsentiert. Zuläs-
sige Werte sind 0...255.
DELTIME: Byte-Variable, Wert der “Delay Time”, abhängig
vom Computer-Typ. Zulässige Werte sind 0 (langsamer 8086-
Computer, 8 MHz) bis 4 (schneller Pentium-Computer,
266 MHz).

Das Original-Source-Programm (CARD08DO.SUB), ein Demo-
Programm (08DOCARD.PAS) und eine lauffähige Version des
Demo-Programms (08DOCARD.EXE) können von der Website
des Autors unter folgender Adresse frei heruntergeladen wer-
den:
http://members.xoom.com/robofreak/download/08docard.htm
Für die Schaltung wurde eine Platine entworfen; sie gehört
jedoch nicht zum EPS-Lieferprogramm und muss selbst ange-
fertigt werden.

(004032-1)gd

Text: Hans Steeman

Für die galvanische Trennung von digitalen Signalen sind
Optokoppler eine Standardlösung. Das Signal wird dabei
durch Licht zwischen einer LED und einem Fototransistor
übertragen, die sich meist in einem kleinen DIL-Gehäuse
befinden. Die digitale Modulation (LED an oder LED aus)
macht diese Übertragung natürlich sehr einfach, die Linearität
der Übertragungsstrecke spielt dabei praktisch keine Rolle.
Für die Übertragung analoger Signale ist diese Linearität
natürlich sehr wichtig, damit die Amplitude des Ausgangs-
signals dem Eingangssignal möglichst genau folgt. Eine gute
Voraussetzung dafür bringen die Optokoppler CNR200 und
CNR 201 von Agilent (Hewlett Packard), die neben der LED
zwei Fotodioden enthalten. Während die eine Fotodiode wie
bei den normalen Optokopplern als optischer Empfänger für
das von der LED abgestrahlte Lichtsignal dient, sorgt die
zusätzliche Fotodiode am Eingang des Sendeverstärkers dafür,
dass beide Verstärkerstufen in ihrer Charakteristik gut über-
einstimmen.
Bei einer Betriebsspannung von 5 V können Eingangssignale
zwischen 0 und 3 V übertragen werden.
Die Isolationsspannung zwischen Eingang und Ausgang

beträgt bei diesem speziellen Optokoppler 1000 V. In der Pra-
xis hängt die maximale Isolationsspannung natürlich auch
maßgeblich von der Leiterbahnführung auf der Platine ab.

(004056e)

R3

10k

R4

10

Ω

R5

10k

R7

470

Ω

R6

10

Ω

R2

68k

T1

2N3906

T2

2N3904

T3

2N3906

T4

2N3904

PD1

LED

PD2

U

B1

U

B2

5V

5V

PD1 + PD2 + LED = IC1

= CNR200/CNR201

004056 - 11

R1

68k

U

in

U

out

Analoger Optokoppler

060

Verwendet man einen in Sperrrichtung geschalteten Transi-
stor als Rauschquelle, liefert er eine in der Amplitude asym-
metrische Rauschspannung. Dieses Problem ist gelöst, setzt
man zwei Transistoren ein, die unabhängig voneinander als
Rauschquelle fungieren. Ein Transistor besitzt einen Serien-
widerstand nach Masse, der andere einen zur positiven Ver-
sorgung. Die Rauschquellen produzieren entgegengesetzt
asymmetrische Rauschspannungen. Kombiniert man beide
Signale, entsteht eine in ihrer Amplitude symmetrische
Rauschspannung. Die beiden Rauschtransistoren sind samt
Serienwiderständen in T1/R2 und T2/R4 schnell in der Schal-
tung ausgemacht. Die Betriebsspannungen beider Rausch-
quellen sind an R1 respektive P3 zwischen 8 V und 12 V ein-
stellbar, den Grund können Sie bei der Optimierten Rausch-
quelle nachlesen. Da aufgrund von Exemplarstreuungen der
Transistoren die Rauschamplituden niemals ganz gleich sind,

wurde mit P2 eine Art Balance-Regelung in die Schaltung aus-
genommen. C4 trennt die Gleichspannungspotentiale beider
Seiten, der Gleichspannungspegel von T1 wird aber zur
Arbeitspunkteinstellung von Puffer T3 herangezogen. Der Puf-
fer isoliert das nun endgültig symmetrische Rauschsignal am
Schleifer des Trimmers von der angeschlossenen Schaltung.
Zum Abgleich wird ein Oszilloskop angeschlossen und P2
ganz nach links gedreht. P1 dreht man so weit auf, dass auf
dem Schirm eine maximale Rauschspannung erscheint. Dies
wiederholt man mit P3, aber in genau entgegengesetzter Posi-
tion von P2. Abschließend folgt die Symmetrierung der
Rauschspannung an P2.
Die Schaltung liefert ein Rauschsignal von etwa 150 mV

tt

, die

Stromaufnahme beträgt 2 mA. Auf dem Oszillogramm ist das
asymmetrische Rauschen (Kanal 2), auf Kanal 1 das symme-
trische zu sehen.

(004082)rg

Symmetrische Rauschquelle

061