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Das Interface
Wozu benötigt man ein Interface?
Dies liegt daran, daß ein Computer im allgemeinen nicht über die Möglichkeit verfügt, Motoren zu steuern. Motoren brauchen mehr Strom, als ein Computerausgang verkraftet, außerdem stellt ein Computerausgang zumeist auch keine genügend hohe Spannung zur Verfügung.
Beispiel: Der Druckerport des Computers. Die Ausgänge des Druckerports können eine Spannung von 0 oder 5 Volt haben, je nachdem wie sie programmiert sind. Allerdings können diese Ausgänge maximal einen Strom von 20mA liefern. Das reicht nicht für einen Motor, der im Leerlauf bereits 100mA benötigt, geschweige denn wenn er unter Last fast 1A (=1000mA) braucht.
Aber es gibt eine Abhilfe: Eben ein Interface. Es gibt Interfaces für verschiedene Aufgaben: Um Motoren oder Relais anzusteuern (wie in unserem Fall) oder um Beispielsweise eine serielle Schnittstelle auf parallel umzuwandeln, um Werte messen zu können, usw.
Ich möchte zunächst mit den Motoren anfangen. Um mit dem Computer, der nur 0 oder 5 Volt bei 20mA ausgeben kann, Motoren steuern zu können, benötigt man einen Verstärker. Er kann aus dem "schwachen" Computersignal ein "starkes" Signal für die Motoren machen. Es gibt viele Arten von Verstärkern, man kann sie aus mehreren Transistoren und sonstigen Bauteilen selbst zusammenbauen oder man benutzt ein IC, das diese Funktion hat. Ein solches IC ist der L293D. Man kann mit einem IC 2 Motoren ansteuern. Natürlich gibt es auch noch viele andere ICs, die man verwenden könnte (Beispielsweise den L298, der mehr Strom liefern kann), aber der L293D ist preiswerter, was den Strom betrifft, für fischertechnik vollkommen ausreichend und er hat die Sperrdioden (dienen zum Schutz der Schalttransistoren gegen die Induktionsspannung der Motorwicklung) bereits integriert.
Wie funktioniert das? Nun, jedes IC hat Anschlußbeinchen, die aus dem Gehäuse nach unten abgewinkelt herausragen. Man benötigt ein Datenblatt, um sehen zu können, welches dieser Beinchen ("Pin") welche Funktion besitzt. In unserem Fall hat das IC 16 Pins.
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Man kann auf
dem Bild gut die Kerbe am oberen Rand erkennen (nicht zu verwechseln mit
dem Kreis weiter unten). Diese Kerbe markiert den 1. Pin, er ist links
oben. Die Zählweise, in der die Pins durchgezählt werden, ist auf der
Zeichnung dargestellt.
Anhand des Datenblattes kann man nun die Funktion der einzelnen Pins ermitteln:
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| Pin | Funktion |
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1 |
Enable 1 = Verstärker Nr. 1 ein/ausgeschaltet (H = ein) |
| 2 | Input 1 = Eingang A für Motor 1 |
| 3 | Output 1 = Ausgang A für Motor 1 |
| 4 | GND = Ground = Masse (Minuspol der Spannungsversorgung) |
| 5 | GND |
| 6 | Output 2 = Ausgang B für Motor 1 |
| 7 | Input 2 = Eingang B für Motor 1 |
| 8 | Vs Supply Voltage = Versorgungsspannung für die Motoren (9 Volt) |
| 9 | Enable 2 = Verstärker Nr. 2 ein/ausgeschaltet (H = ein) |
| 10 | Input 3 = Eingang A für Motor 2 |
| 11 | Output 3 = Ausgang A für Motor 2 |
| 12 | GND |
| 13 | GND |
| 14 | Output 4 = Ausgang B für Motor 2 |
| 15 | Input 4 = Eingang B für Motor 2 |
| 16 | Vss Logic Supply Voltage = Spannung der Logik-Schaltung (5 Volt) |
Bei Pin 1 und 9 haben wir in der Beschreibung etwas neues: "H = ein". In Logik - Schaltungen gibt es nur zwei Zustände, ein oder aus. Diese Zustände werden im allgemeinen mit H (High = ein) oder L (Low = aus) gekennzeichnet. In unserem Fall bedeutet dies, daß eine Spannung von 5 Volt (so wird der High-Pegel erzeugt) an diesen Pin angelegt werden muß, um den entsprechenden Verstärker zu aktivieren.
Input 1+2 steuern Motor 1, Input 3+4 sind für Motor 2 zuständig. Folgende Tabelle zeigt, wie die Eingänge angesteuert werden müssen (vorausgesetzt, der Enable ist auf "H")
| Input 1 | Input 2 | Motor |
| H | H | Aus |
| L | H | Linkslauf |
| H | L | Rechtslauf |
| L | L | Aus |
Auch hier gilt: H= 5 Volt, L= 0Volt (=Masse, Minuspol)
Warum hat das IC den Enable-Eingang, wenn doch Input1 und Input2 bereits zur Steuerung eines Motors ausreichen? Dies hat folgenden Grund: Schaltungstechnisch bedingt ist der Motor, wenn beide Inputs gleiches Potential haben (=gleichen Zustand) "kurzgeschlossen". Dies hat Vor- und Nachteile. Schaltet man den Motor nur ganz normal ein und aus, bewirkt dieser Kurzschluß, daß der Motor nach dem Abschalten kurzzeitig als Generator wirkt und dadurch extrem schnell abbremst. Dies ist Vorteilhaft bei normaler Positionierung. Möchte man aber den Motor mit PWM (Pulsweitenmodulation = Geschwindigkeitssteuerung) betreiben, dann stört diese Eigenschaft, denn PWM bedeutet, daß der Motor mehrmals in der Sekunde ein- und ausgeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Energie, die jedesmal beim Einschalten des Motors in die Drehbewegung hineingesteckt wird, beim Ausschalten wieder vernichtet wird (durch den Kurzschluß, den die Schalttransistoren bilden). Dadurch erwärmt sich das IC unnötig, es wird mehr Energie verbraucht und es dürfte den Schalttransistoren auf Dauer auch nicht bekommen. Deshalb wird man bei PWM-Betrieb den Enable-Eingang für die PWM benutzen, während man mit den Inputs nur die Drehrichtung festlegt. Zu PWM gibts später mehr Information.
Hier nun ein kleiner Schaltplan, der zeigt, wie man den L293D einsetzt. Zum Vergrößern auf das Bild klicken.
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