Einführung LabVIEW, 3. Auflage

15 Serielle Eingabe/Ausgabe (S. 279-280)

Lernziele

1. Serielle Eingabe/Ausgabe über die RS-232-Schnittstelle programmieren können.
2. DLLs von LabVIEW aus über CLF-Knoten aufrufen können.
3. USB-Schnittstelle in LabVIEW programmieren können.

15.1 RS 232

Bisher haben wir den LabVIEW-Datentransfer stets nur innerhalb des Rechners betrachtet: Vom Hauptspeicher zum Hauptspeicher zwischen den VIs oder vom Hauptspeicher zur Festplatte und zurück, wie in Kapitel 8 beschrieben.

Messtechnik will jedoch mit realen Daten arbeiten, nicht nur mit simulierten, wie das bisher geschah. Eines der ältesten und auch einfachsten Hilfsmittel, mit der Außenwelt zu kommunizieren, ist die serielle RS-232-Schnittstelle. Mit ihr wollen wir beginnen, obwohl sie mehr und mehr durch die USB-Schnittstelle abgelöst wird. USB bedeutet Universal Serial Bus, also ebenfalls eine serielle Schnittstelle.

Spricht man von diesem Begriff, meint man bitseriell im Gegensatz zu einer Parallelschnittstelle wie dem GPIB-Bus (General Purpose Interface Bus), der byteseriell arbeitet und jeweils 8 Bit auf 8 Leitungen parallel überträgt.

Der Vorteil einer seriellen Schnittstelle ist der minimale technische Aufwand. Im Prinzip braucht man nur zwei Drähte, einen für das Bezugspotenzial, normalerweise GND ('Ground' oder 'Erde'), den anderen zur Übertragung von 'high' und 'low', z.B. von +12 V und –12 V. Der Nachteil ist die relativ geringe Geschwindigkeit. Im einfachsten Fall arbeitet man asynchron nach DIN 44302. Sender und Empfänger synchronisieren sich über Start- und Stoppbits. Dem Startbit folgen 4 bis 8 Datenbit, danach 1 oder 2 Stoppbit. Natürlich müssen Sender und Empfänger mit ungefähr gleicher Frequenz arbeiten. Der Empfänger erkennt das Startbit und tastet dann die Datenbits jeweils zeitlich in der 'Bitmitte' ab, bis die Übertragung beendet ist. Das ist nach 5 bis 10 weiteren Bit (Stoppbits eingeschlossen) geschehen. Das nächste Datenpaket wird wieder mit einem Startbit eingeleitet. Daher rührt die Bezeichnung asynchron. Ein kleiner Unterschied zwischen Sender- und Empfängerfrequenz kann die korrekte Übertragung nicht stören. Die Phasenverschiebung innerhalb eines Pakets darf nur nicht größer werden als die Zeit für ein halbes Bit. Das ist einer Frequenzdifferenz von etwa 6 % äquivalent.

Der Nachteil der asynchronen Übertragung besteht darin, dass ungefähr 20 % der Bits keine Datenbits sind, sondern als Start- und Stoppbits lediglich der Synchronisation dienen.

Normung:

Für das serielle PC-Interface gibt es einige Standards. Zum Beispiel leitet sich die Bezeichnung 'RS-232-Interface' vom US-Standard RS232C ab. Ein anderer Name ist 'V.24-Interface' (CCITT-Empfehlung V.24). Die zwei DIN-Normen 66020 und 66022 beschreiben im Wesentlichen dasselbe. Wichtig für uns ist:

Elektrisch: High-Zustand +3 V bis +25 V
Low-Zustand –3 V bis –25 V
Häufig verwendet: ±12 V (V.24-Interface)
Daten werden in negativer Logik übertragen (z.B. 0 >, +12 V, 1 >, –12 V),
Steuersignale wie Startbit und Stoppbit in positiver Logik
Flankensteilheit . 30 V/?s usw.

Mechanisch: Standardstecker hat 25 Pins, der PC-Stecker üblicherweise 9 Pins. Standardmäßig werden zwei PCs mit einem Kabel, dem so genannten Nullmodem, verbunden, das alle für die Übertragung selbst nicht benötigten Verbindungen einseitig innerhalb der Stecker links und rechts verdrahtet. Nur die zwei Verbindungen TxD für 'Transmit Data' und RxD für 'Receive Data' gehen neben der Masse GND von einer Seite des Kabels zur anderen. Wenn also z.B. PC 1 in Bild 15.1 sendet, gehen seine Daten von TxD zu RxD von PC 2, der sie empfängt. Umgekehrt geschieht es, wenn PC 2 senden will. Diese Leitungen sind also gekreuzt, wie auch Bild 15.1 deutlich macht.