Hardware: Eingänge

5.2 Eingänge

Das Interface verfügt über vier Eingänge für digitale Spannungs-Signale von fast beliebigen Pegeln zwischen +15V und -15V, welche gegen Überspannungen geschützt sind. Stromsignale müssen erst extern über Shunts in Spannungssignale umgewandelt werden. Über Komparatoren mit einstellbarer Triggerschwelle wird ein sauberes Rechtecksignal erzeugt, welches über einen Schmitt-Trigger in ein CMOS/TTL-kompatibles Signal umgeformt wird. Mit einem Portbaustein PIA1 (IC6) wird dann das gewonnene TTL-Signal an den MPC-Bus übergeben.

Diese Portbausteine verfügen über je 2*8Bit breite Ports, wobei jedes einzelne Bit wahlweise als Eingang oder als Ausgang konfiguriert werden kann. Durch einfaches Schreiben eines Bytewertes an die dem betreffenden Port zugeordnete Adresse im Adressbereich des Prozessors kann man Ausgangsbits setzen oder löschen, durch Lesen an der entsprechenden Adresse kann man den Zustand von Eingangsbits erkennen. Über Konfigurationsregister kann man die Portbits bitweise als Ein- oder Ausgangsbit definieren, interne Logikverbindungen in der PIA herstellen und das Verhalten der Interrupt-Eingänge steuern. Alle Funktionen der PIAs, welche für das Arbeiten des Interfaces wichtig sind, werden an den erforderlichen Stellen erläutert, für weitere Details wird auf die Datenblätter im Anhang verwiesen.

Die Funktionsweise der Eingänge erläutert folgendes Blockschaltbild:

Blockschaltbild der Eingänge

Abb. 11: Blockschaltbild der Eingänge

Zur Schaltung im einzelnen: Über eine Schutzbeschaltung aus einem Serienwiderstand und zwei Dioden, welche Überspannungen gegen +/-15V ableiten, gelangt das digitale Eingangssignal auf den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators vom Typ LM339 (IC9), dessen invertierender Eingang über einen Hysterese-Widerstand an der mit einem Operationsverstärker vom Typ TL084 (IC4) erzeugten Referenzspannung liegt. Mit den hier "Hysterese-Jumper" genannten Steckbrücken (J23..J26) kann gewählt werden, ob der Komparator mit (Jumper gesteckt) oder ohne (Jumper gezogen) Hysterese arbeiten soll. Am Ausgang des Komparators liegen +5V, wenn das Signal am Eingang größer als die Referenzspannung ist ("High"), da der LM339 dann am Ausgang hochohmig wird und der pull-up-Widerstand den hochohmigen Ausgang gegen +5V zieht. Der Ausgang nimmt hingegen einen Pegel von -15V ein, wenn das Eingangssignal kleiner ist als der Triggerpegel ("Low"), da der LM339 dann an seine niedrigere Versorgungsspannung (-15V) an den Ausgang durchschaltet.

Die Pegelformung nach TTL-Standard erledigt dann ein Schmitt-Trigger/Treiber vom Typ 40106 (IC10), dessen Eingang wieder mit einer Schutzdiodenschaltung diesmal gegen +5V und Masse gesichert wird. Durch die Ableitung der -15V am Ausgang des Komparators (bei einem "Low" am Eingang) nach Massepotential über die Schutzbeschaltung des 40106 und den Vorwiderstand kann man auch negative Eingangsspannungen verarbeiten. Durch den 10kOhm-Widerstand vor dem Eingang des Schmitt-Triggers wird der Ableitungs-Strom auf einen vernachlässigbar kleinen Wert von etwa 2mA begrenzt.

Die Referenzspannung für die Komparatoren kann über einen T-Jumper auf folgende Werte eingestellt werden:

1. fest auf etwa +1,4V (doppelte Silizium-Dioden-Durchlassspannung)
2. ebenso auf etwa -1.4V
3. variabel mit einem Mehrgang-Trimm-Poti zwischen -15V und +15V.

Auf der Platine sind insgesamt zwei Referenzspannungsquellen vorhanden, welche jeweils die Triggerschwelle von zwei Eingangskanälen definieren und unabhängig voneinander auf die oben beschriebene Weise konfiguriert werden können. So ist eine weitreichende Flexibilität gewährleistet.

Hier ein Schaltplanauszug, der exemplarisch einen der vier Eingangskanäle darstellt:

Schaltung eines Eingangskanals

Abb. 12: Schaltung eines Eingangskanals