Serielle Schnittstelle, USB, SPI, I2C, 1-Wire (PDF) - Netzmafia

10 1 Parallele Schnittstellen
Es werden Umgebungsbegingungen vorausgesetzt, wie sie in Laboratorien und Prüffeldern herrschen.
Über eine relativ einfache Steckverbindung werden nur wenige Signale transportiert: acht Daten-,
drei Handshake- und fünf Steuersignale.
Um den Aufwand für die Teilnehmerschnittstellen zu begrenzen wurden drei verschiedene
Teilnehmer-Grundfunktionen geschaffen. Jeder der Teilnehmer kann eine oder mehrere dieser
Grundfunktionen besitzen.
Heute gibt es kaum mehr ein Meßgerät, das nicht zumindest die Nachrüstmöglichkeit für einen IEC-
Bus-Anschluß besitzt. Als Steuereinheit wird in der Regel ein Computer mit IEC-Bus-Schnittstelle
verwendet, an den die einzelnen Geräte angeschlossen werden. Es lassen sich bis zu 15 Geräte zu einem
Meßplatz zusammenschalten, wobei die Länge der einzelnen Leitungen auf zwei Meter begrenzt
ist. Der Bus arbeitet mit TTL-Pegeln, die Kopplung zum Gerät erfolgt über spezielle Treiberbausteine.
Bild 1.5: Aufbau des IEEE- oder IEC-Busses
Am IEEE-Bus (Bild 1.5) können drei verschiedene Gerätetypen aktiv sein: der Controller, der Listener
(Hörer) und der Talker (Sprecher). Die Funktionen können beliebig von den angeschlossenen Geräten
übernommen werden, sofern dies von der Implementierung der jeweiligen Schnittstelle erlaubt und
sinnvoll ist. Es kann jedoch zu einer Zeit nur jeweils ein Controller aktiv sein. Der Controller überwacht
die Kommunikation im Bus in ähnlicher Weise wie eine Telefonvermittlung: Bemerkt er, dass
ein Gerät eine Datennachricht senden will, so wird dieser Talker mit dem entsprechenden Listener
verbunden. Meist werden dabei durch den Controller Talker und Listener adressiert, noch bevor der
Talker seine Nachricht zum Listener absetzen kann. Nach Abschluß dieser einzelnen Übertragung
werden beide Geräte gewöhnlich wieder entadressiert. Gegebenenfalls ist für einige Buskonfigurationen
kein Controller erforderlich; es gibt Geräte, die nur als Talker oder Listener arbeiten. Ein Controller
ist aber immer dann notwendig, wenn der aktive oder adressierte Talker oder Listener geändert
werden muss. Die Controllerfunktion wird in der Regel vom Computer wahrgenommen. Der aktive
Controller kann von sich aus die Kontrolle einem anderen Gerät zuweisen, das dann die Funktion
des Controllers übernimmt.
Beim IEEE-Bus handelt es sich um eine bit-parallele (byte-serielle) Kommunikationsschnittstelle mit
acht Bit Wortbreite, die Datenübertragungsraten bis zu 1 MByte/s ermöglicht. Jedes Gerät, das am
IEEE-Bus angeschlossen ist, hat eine eindeutige Adresse, die durch DIP-Switches an der jeweiligen
Schnittstelle eingestellt wird. Über diese Adresse wird jedes Gerät angesprochen. Grundsätzlich
hören alle Geräte auf dem Bus mit, wobei nur das angesprochene Gerät reagiert. Daher sind die Bustreiber
mit Open-Collector-Ausgängen versehen. Im Ruhezustand liegen die Leitungen auf 1-Pegel
(TTL, ca. 5 V) und werden gegebenenfalls auf 0-Pegel gezogen (active Low, wired-or für Low-Pegel).
Die Bedeutung der Signale ist in Bild 1.6 aufgeführt.
Die Datenübertragung erfolgt in einzelnen Schritten. Das Handshake-Verfahren erlaubt, dass mehrere
Listener von einem Talker Daten übernehmen können. Der Talker muss warten, bis alle Listener
das Signal NRFD freigegeben haben. Dann kann er Daten auf die Datenleitungen legen und das
Signal DAV aktivieren. Wenn alle Listener die Daten übernommen haben, wird das Signal NDAC
freigegeben, und das nächste Datenbyte kann gesendet werden, wenn alle Listener das Signal NRFD
freigegeben haben.