Wo freie Bits sinnvoll walten: I/O-Schnittstelle einfach selbstgebaut, Teil 1

16 Schalterstellungen, Logikpegel oder ähnliches über den Cartridge-Port einzulesen, ist ganz interessant und nicht besonders kompliziert. 16 Ausgänge individuell zu schalten und damit zum Beispiel Schrittmotoren von Selbstbauplottern und Roboterarmen per Programm zu steuern, ist noch reizvoller - aber auch kniffliger. Unser »I/O-Port-Interface« beherrscht beides und ist zudem preiswert selbst zu basteln. In dieser Ausgabe erfahren Sie den Aufbau der Hardware und in der nächsten Ausgabe erläutern wir die softwaremäßige Ansteuerung mit Beispielen.

Bild 1. Die Schaltung des I/O-Ports

In bezug auf Bedieneroberfläche und Software verfügen die Computer der ST-Serie schon über eine nicht gerade alltägliche Ausstattung. Die Anschlüsse für zusätzliche Peripherie und Hardware gehen aber nicht über den Standard hinaus. Bei den Geräten der Mega-ST-Serie hat Atari inzwischen reagiert und diesen zumindest einen Systembus-Anschluß im Inneren des Gerätes spendiert.

Hardware-Interessierte mit Hang zum »Was könnte man nicht alles mit einem Computer steuern, wenn man nur Ein- und Ausgangsleitungen zur Verfügung hätte« springen beim ST nicht gerade vor Freude in die Luft. Doch Hilfe naht: Über den ST-Cartridge-Port (eigentlich für Software auf EPROMs vorgesehen) läßt sich mit einigen zusätzlichen ICs ein preiswerter, einfacher und doch leistungsfähiger Ein-/ Ausgangsport verwirklichen.

Der hier vorgestellte I/O-Port-Bauvorschlag ist einfach nachzubauen und versieht Ihren ST mit 16 Eingangs- und 16 Ausgangsanschlüssen. Der Aufbau ist auf einer Experimentierplatine mit Lötpunktraster durchzuführen. Dies bietet den Vorteil der einfachen Erweiterbarkeit.

Die 16 Eingänge des I/O-Ports reagieren auf Signale mit Standard-TTL-Pegel, das heißt eine Eingangsspannung zwischen 0 und 0,8 Volt wird als logisch »0« interpretiert. Eingangsspannungen zwischen 2,0 und 5,0 Volt erkennt der Computer als logisch »1«. Alle Eingangsports sind mit 4,7 kOhm Pull-Up-Widerständen auf definierten High-Pegel gelegt, so daß nicht benutzte Eingänge das Logiksignal 1 liefern.

Die 16 Ausgänge des I/O-Ports sind als »Open collector«-Stufen ausgelegt. Bei der Ausgabe einer logischen 1 an einen Ausgangs-Port schaltet der Ausgangstransistor des Portanschlusses eine Verbindung gegen die Systemmasse. Entsprechend sperrt bei Ausgabe von logisch 0 dieser Transistor und unterbricht damit die Verbindung zwischen Ausgangsanschluß und Systemmasse. Das Prinzip ähnelt einem Schalter, dessen Kontakte bei logisch 1 schließen (eine Verbindung mit Masse herstellen) und bei logisch 0 öffnen.

Die hier verwendeten Ausgangsstufen sind in der Lage, Spannungen bis zu 50 Volt bei einer maximalen Stromstärke von 0,5 Ampere gegen die Systemmasse zu schalten. Für die meisten Anwendungen sind diese Werte völlig ausreichend. Wer stärkere Lasten schalten will, muß Relais als Schaltglieder einsetzen. Dazu später mehr.

Der Aufwand an Bauelementen und damit die Kosten für den Nachbau halten sich bei diesem Bauvorschlag in Grenzen. Dafür ist eine gleichzeitige Verwendung des ST-Cartridge-Ports für andere Anwendungen unmöglich.

An Kleinmaterial benötigen Sie noch einige Meter isolierten Schaltdraht oder besser einen Fädelstift mit Fädeldraht, um die Verbindungen zwischen den Bauelementen auf der Lötpunktraster-Platine herzustellen. An Werkzeug ist ein feiner Lötkolben mit entsprechendem, dünnen Lötzinn, sowie ein kleiner Seitenschneider und eine Spitzzange erforderlich. Auch sollte Erfahrung im Umgang mit dem Feinlötkolben vorhanden sein. Da Sie viele Verbindungen löten müssen, sind zudem Zeit und Ausdauer gefragt. Ein Wochenende dürfen Sie für die Realisierung des Projekts schon veranschlagen. Wie Bild 1 zeigt, besteht die Schaltung im Prinzip aus sechs ICs, welche die Adreß- und Datenleitungen des ST-Cartridge-Ports in entsprechende Ein- und Ausgabeanschlüsse des I/O-Ports verwandeln. Also müssen Sie nur noch die in der Schaltung dargestellten Bauelemente auf der Lötpunktraster-Platine aufbauen und entsprechend dem Schaltplan miteinander verdrahten.

Damit die Sache nicht zu kompliziert wird, zeigt Bild 2 die Anordnung der Bauelemente auf der Platine und deren Verbindung untereinander. Bei der Darstellung ist zu beachten, daß die Verdrahtungsseite der Platine zu sehen ist, damit Sie die Verbindungsleitungen besser erkennen. Die schraffiert dargestellten Bauteile befinden sich also auf der bei der Verdrahtung nicht sichtbaren Bestückungsseite der Platine.

Für alle ICs sind Sockel vorgesehen, die einen eventuellen Baustein-Austausch erlauben. Beginnen Sie zunächst mit dem Einlöten der IC-Sockel in der in Bild 2 gezeigten Anordnung. Achten Sie dabei auf die Richtungsmarkierungen (Kerbe an der Schmalseite) an den Sockeln.

Danach setzen Sie die Drahtbrücken aus isoliertem Schaltdraht auf der Bestückungsseite ein. Anschließend sind die Kondensatoren C1-C3 und die Widerstände an der Reihe. Achtung! C2 und C3 sind Elkos, die Sie deshalb nur korrekt gepolt einsetzen dürfen. Eine ringförmige Einkerbung am Elko-Gehäuse kennzeichnet die Seite mit dem Pluspol. Die Widerstände R3 bis R17 sind aus Platzgründen stehend eingelötet. Nun legen Sie die Brücken auf der Lötseite der Platine und löten anschließend die Steckverbinder ST2 bis ST5, Bl und B2 ein. Bei ST4 handelt es sich um eine 3,5 mm Klinkenbuchse zum Anschluß beispielsweise eines Steckernetzteils mittels Klinkenstecker. Diese Klinkenbuchse ist sowohl in stehender als auch in liegender Montageform erhältlich. In Bild 2 sehen Sie die stehende Ausführung.

Sind die Bauelemente alle eingelötet, folgt die Fleißarbeit, nämlich die Verdrahtung der einzelnen Anschlußpunkte untereinander. Hierbei sollten Sie sorgfältig und konzentriert Vorgehen. Tip: lieber einmal mehr die Leitungsführung kontrollieren, als später im Leitungsdickicht falsche Verbindungen aufspüren.

Nachdem nun die I/O-Port-Schaltung auf der Platine aufgebaut ist, fehlt nur noch die Verbindung zwischen der Platine (über den 40poligen IC-Sockel ST 1) und dem Cartridge-Port des ST. Dazu quetschen Sie an der einen Seite des 40poligen Flachbandkabels den ebenfalls 40poligen DIL-Stecker. Der paßt dann in den 40poligen IC-Sockel ST1 auf der Platine. An das andere Ende des Flachbandkabels kommt der Cartridge-Port-Stecker. Es sind inzwischen Direkt-Steckverbinder für den ST-Cartridge-Port auf dem Zubehörmarkt erhältlich. Der Autor hat hierfür jedoch einfach eine alte Cartridge-EPROM-Platine verwendet und davon nur den Platinenteil mit der Direktsteckverbindung an das Flachbandkabel angelötet.

Bild 2. Der Verdrahtungsplan für die Platine

Den Aufbau dieser Verbindung zeigt Bild 3. Beim Aufbau ist auf die richtige Reihenfolge der entsprechenden Cartridge-Port-Anschlüsse zu achten. Halten Sie sich genau an Bild 3, sollten sich dabei keine Probleme ergeben. Nachdem nun sowohl Platine als auch Verbindung fertiggestellt

sind, steht einer Inbetriebnahme des I/O-Ports nichts mehr im Wege. Den DIL-Stecker des Verbindungskabels stecken Sie in den 40poligen Sockel (ST1) der Platine. Beachten Sie dabei die richtige Position! Das Flachbandkabel mit dem Cartridge-Stecker zeigt von der Platine weg. Stecken Sie nun den Cartridge-Port-Stecker in den ST (Achtung! Nur bei ausgeschaltetem Computer) und schalten Sie den ST ein.

Der Atari muß nun wie gewohnt booten. Ist dies nicht der Fall, schalten Sie den Computer schnell wieder aus und ziehen den Cartridge-Port-Stecker ab. Danach sollte der ST wieder normal arbeiten, und Sie dürfen sich auf die Fehlersuche am Verbindungskabel und auf der Port-Platine machen.

Hier hilft nur die sorgfältige Kontrolle aller Verbindungen auf etwaige Kurzschlüsse oder Vertauschungen.

Soviel zur Hardware. In der nächsten Ausgabe erläutern wir an Beispielen die softwaremäßige Ansteuerung. (ts)

Stückzahl Bauteil-Bezeichnung Bezeichnung in Schaltung Einzelpreis (ca.)
2 IC Typ 74LS237 IC1, IC2 1,70 DM
2 IC Typ 74LS244 IC3, IC4 1,40 DM
2 IC TypULN 2803A IC5, IC6 4,20 DM
2 Elkos Typ 47 uF/16 Volt C2, C2 0,80 DM
1 Keramik-Kondensator Typ 47 pF C1 0,50 DM
17 Widerstände Typ 4,7 k/0,1 Watt R1-R17 0,10 DM
1 IC-Sockel 40polig (gedrehte Kontakte) ST1 2,80 DM
2 Pfosten-Stecker 10polig, Ireihig ST2, ST3 1,80 DM
1 Klinkenbuchse 3,5 mm, 2polig ST4 2,20 DM
1 Pfosten-Stecker 32polig, 2reihig ST5 3,60 DM
2 Pfostenstecker 2polig mit Jumpern B1, B2 1,00 DM
1 DIL-Stecker 40poiig, anpreßbar - 2,80 DM
4 IC-Sockel 20polig - 1,70 DM
2 IC-Sockel 18polig - 1,60 DM
0,5m Flachbandkabel, 40polig - 2,00 DM
1 Experimentierplatine 160 x 100 mm (mit Lötpunktraster) - 5,00 DM

Literaturhinweise:

Jankowski/Reschke/Rabich: »Das Atari ST Profibuch«, Sybex Düsseldorf 1987/1988
Motorola Semiconductors: »M68000 16/32-Bit Microprocessor«, Motorola Inc. 1984
Datenblätter der verwendeten IC’s

Bild 3. Die Verbindung zwischen ST-Cartridge-Port und Platine

Hans-Dieter Jankowski
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