Burkhard Kainka

Messen, Steuern, Regeln über die RS232-Schnittstelle
- Meßdatenerfassung und Prozeßsteuerung mit dem PC-

(Wichtiger Hinweis: Dieses Buch basiert in weiten Teilen auf Programmbeispielen unter DOS. Die wichtigsten Teile wurden im "Handbuch der PC-Mess und -Steuertechnik" für Windows neu aufgearbeitet, das als aktueller Nachfolger für die meisten Leser eher zu empfehlen ist. Dieses ältere Buch "MSR über die RS232-Schnittstelle" ist vor allem für Leser interessant, die ältere PCs mit Turbo Pascal und Basic nutzen wollen. Auch anspruchvollere Elektronik-Themen wie der Aufbau des Datenloggres "ZELLE" oder eines Transientenrecorders finden sich nur noch hier.)

Vorwort

Der Einsatz des Computers im Bereich der Meß- Steuer- und Regeltechnik setzt die Wahl einer geeigneten Schnittstelle zwischen Computer und externer Elektronik voraus. Während es im industriellen Einsatz oft um höchste Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit geht, kommt es im Bereich der Hobbyelektronik und der Ausbildung mehr auf geringe Kosten und eine gewisse Robustheit der Schnittstelle an. Deshalb hat sich hier der Einsatz der seriellen Schnittstelle immer weiter durchgesetzt. Sie ist an jedem PC vorhanden, ohne Eingriff in das Gerät zu verwenden und sehr gut gegen eine Zerstörung von außen gesichert.

Dieses Buch soll dem Leser einfache Zugänge zur Anwendung der seriellen Schnittstelle zeigen. Dabei geht es einerseits um möglichst einfache Schaltungstechnik, andererseits um leicht verständliche Programme. Alle Projekte sind mit den Mitteln des Hobbyelektronikers realisierbar und lassen sich nach eigenen Vorstellungen verändern und erweitern. Neben zahlreichen Eigenbauprojekten kommen auch industriell gefertigte Geräte wie z.B. Handmultimeter mit serieller Schnittstelle zum Einsatz.

In der Meß-, Steuer- und Regeltechnik werden heute zunehmend intelligente Interfaces mit eigenem Prozessor eingesetzt. Die Vielseitigkeit solcher Systeme bedingt auch ihre große Komplexität. Die meisten der hier vorgestellten Interface-Schaltungen arbeiten daher ohne eigenen Prozessor und stehen ganz unter der Kontrolle des angeschlossenen Computers. Das führt zu einfachen und gut überschaubaren Lösungen. An zwei Beispielen wird jedoch auch der Einsatz von Mikrocontrollern gezeigt, die bei komplexeren Aufgaben große Vorteile haben.

Ich hoffe, mit diesem Buch vielen Lesern einen Zugang zu diesem interessanten Gebiet der Computertechnik zeigen zu können.

Burkhard Kainka


Inhalt

Einleitung 9

2 Die RS232-Schnittstelle 11
2.1 Die serielle Schnittstelle des PC 13
2.3 Der UART 8250 14
2.4 Der FIFO-Speicher im 16550 21
2.5 Schnittstellenkabel 22
2.6 Leitungstreiber und Empfänger 24
2.7 Potentialtrennung 27

3 Programmierung der seriellen Schnittstelle 29
3.1 Nutzung der seriellen Schnittstelle in Basic 29
3.2 Die Turbo Pascal Unit RS232.TPU 33

4 RS232-Testgenerator 36

5 Ein serieller Empfänger 41
5.1 Ansteuerung von Schrittmotoren 44
5.2 D/A-Wandler 46
5.3 A/D-Wandlung 49

6 Ein serieller Sender 52
6.1 Frequenzmessung 54
6.2 Anschluß eines Spannungs-Frequenz-Wandlers 59
6.3 Messung von Kapazitäten und Widerständen 61

7 Der UART AY3-1015/6402 64
7.1 Analoginterface zur Aufnahme von Kennlinien 70
7.2 Rechnergestützte Regelkreise 76

8 Vierkanal-12-Bit-Analoginterface 79
8.1 Messung der Temperatur 86

9 EPROM-Lese- und -Programmiergerät 89

10 Ein paralleler Interface-Bus 94
10.1 Der Portbaustein 8255 103
10.2 Der programmierbare Zähler 8253 107
10.3 8-Bit-Ein-/-Ausgabe-Bausteine 107
10.4 Der A/D-Wandler AD670 110
10.5 Der Vierkanalwandler µPD7002 113

11 Ein Mikrocontroller-Interface 115

12 Anwendungen des Zählerbausteins 8253 120
12.1 Frequenzmessung 120
12.2 Ansteuerung einer Phasen-Regelschaltung 123

13 Abtastung periodischer Signale 128

14 Transientenrecorder 135
14.1 Start-Stop-Triggerung 145
14.2 Funktionsgenerator 152

15 Ortsunabhängige Meßdatenerfassung - Die ZELLE 156
15.1 Mehrkanalmessungen und Graphikausgabe 164
15.2 Datenexport an Standardprogramme 167
15.3 Bargraphanzeige in QBasic 168
15.4 Programmierung in C++ 172
15.5 Anwendersoftware zur ZELLE 175

16 Ein universelles Laborinterface: SIOS 180
16.1 Direkte Portzugriffe 182
16.2 Ein Sinusgenerator 186
16.3 Autonome Meßserien 186

17 Digitalmultimeter mit serieller Schnittstelle 192
17.1 Auslesen von Meßdaten 193
17.2 Anschluß zweier Multimeter 195
17.3 Interrupt-gesteuerter Zeichenempfang im Pascal 198
17.4 TSR-Programme 202

18 Serielle A/D-Wandler 209
18.1 Ein 10-Bit-Wandler mit dem MAX192 209
18.2 Ein ±18-Bit-Wandler mit dem MAX132 214

19 Windows-Programmierung 221
19.1 Ansteuerung der ZELLE in Visual Basic 221
19.2 Auslesen eines Digitalmultimeters 226
19.3 Ansteuerung des SIOS in C++ 227

Literatur 234
Bezugsadressen 235
Sachverzeichnis 237