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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Pegelumsetzung negative Logik vs. positive Logik


Autor: Sven Timotheus (uc_sven) Benutzerseite
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Hallo,

für die Anbindung eines Uraltcomputers (60er Jahre) an einen 
Mikrocontroller (AVR ATmega) suche ich ein Pegelumsetzer-IC welches die 
Pegel 0 (logisch 0) und -4V (logisch 1) auf TTL-Niveau umsetzt (und 
umgekehrt). Ist etwa das Max232-IC dafür geeignet?

Vielen Dank,

Sven

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Der MAX232 hat am Eingang ca. 1V als Schaltschwelle. Bei 0V am Eingang, 
ist sein TTL-Ausgang also auf 1, bei -4V ebenso!

Wenn die Masse nicht verschoben werden soll:
Nimm nen Komparator oder Optokoppler.

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Ein Transistor, der bei -2 Volt schaltet, also den Emitter bei -2,7 Volt 
eingestellt hat, und ein passender Kollektorwiderstand sollten 
ausreichen. Der Rechner wird ja nicht so wirklich schnell sein...... ;-)

Autor: A. K. (prx)
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Man braucht sie so selten, ausser vielleicht mal für eine 
Konstantstromquelle, dass man wohl nicht dran denkt, wenn ihre 
Arbeitsweise exakt passt: Ein selbstleitender N-FET wie der BF245B.

Autor: A. K. (prx)
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Also ungefähr so, jedenfalls für die eine Richtung. Je nach gewünschter 
Schaltschwelle BF245A oder BF245B verwendet, nicht aber BF245C.

Autor: A. K. (prx)
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Für die umgekehrte Richtung wär's nützlich, den Eingangsstrom der 
negativen Logik zu kennen. Im Prinzip kann man da zwar die gleiche 
Variante spiegelverkehrt mit P-FET verwenden, aber die sind seltener und 
der 2N5460 oder -61 könnte zu schwach sein.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Hier ist eine mögliche Lösung mit Bipolartransistoren, die weitgehend
unabhängig von den Transistorkennlinien (Ube(Ib) und (Ic(Ib)) funktio-
niert. OSL steht dabei für "Old Style Logic" :)

Ich habe die Schaltungen dimensioniert unter der Annahme, dass eine
-4V-Quelle zur Verfügung steht. Sind nur -5V oder eine andere negative
Spannung verfügbar, müssen die Widerstände entsprechend angepasst und
evtl. — wenn die Ausgangspegel sehr genau eingehalten werden müssen —
die Schaltungen um jeweils einen weiter Widerstand erweitert werden.

Die Umschaltspitzen in den Ausgangssignalen entstehen durch die Kollek-
torkapazität der Transistoren. Falls sie stören sollten, kann man die
Widerstände verkleinern, die Anstiegsgeschwindigkeit der Eingangssignale
begrenzen oder die Eingangskapazitäten der angeschlossenen Rechner
erhöhen. Da aber der alte Rechner wahrscheinlich sowieso schon geringe
Anstiegsgeschwindigkeiten und große Eingangskapazitäten hat, dürften die
Spitzen nur sehr klein ausfallen.

Edit: Da die Transistoren nicht in Sättigung gehen, sind die Schaltungen
sogar relativ schnell.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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A. K. schrieb:
> Man braucht sie so selten, ausser vielleicht mal für eine
> Konstantstromquelle, dass man wohl nicht dran denkt, wenn ihre
> Arbeitsweise exakt passt: Ein selbstleitender N-FET wie der BF245B.

Da hab ich schon dran gedacht. Aber auch daran, das der nicht all zu 
lange halten wird im Gegensatz zu einem z.B. MAX232.


Ich schlafe über solche Probleme gerne eine Nacht und laß das Hirn 
einfach weiterarbeiten, während ich abpenne.
Gestern las ich es, heute hat mir die Birne soeben RS485-Transceiver 
vorgeschlagen:
1. robust
2. klein
3. billig
4. als Sender und Empfänger nutzbar. Treiber kräftig
5. Eingangsbereich größer Versorgungsspannung
6. zweiter Eingangspin als Referenzpegel für Komparatorfunktion nutzbar

Jetzt nur noch genauer durchdenken...

Autor: Sven Timotheus (uc_sven) Benutzerseite
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Danke für die vielen Vorschläge :-)

Die Optokoppler klangen eigentlich recht vielversprechend, da es sauber 
integriert ist und siche der Verdrahtungsaufwand mit 4 Stück in einem IC 
in Grenzen halten würde (17 Pins sind umzusetzen). Allerdings sind die 
genannten Modelle schon recht langsam... die Signale gehn runter in den 
einstelligen usec-Bereich, Verzögerungen von 4usec sind da nicht drin.

Die schnellen Optokoppler-ICs wären eher eine Wahl, haben aber nur einen 
Baustein intus, damit müssten 17 ICs verbaut werden. Dazu kommen noch 
jede Menge Treiberstufen, da die Ausgänge vom "Uraltrechner" im 
gegensatz zum uC vmtl. nicht genügend Saft liefern :/

Die "nicht-integrierten"-Ideen lass ich mir noch mal durch den Kopf 
gehen. Nochmal ein allgemeines Dankeschön für die vielen Anregungen =)

Grüße, Sven

Autor: bensch (Gast)
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Nur mal so am Rande:
Das geschilderte Problem hat NICHTS mit "negativer Logik" zu tun. Die 
ist eine Erfindung von Softwarefuzzis, die sich nicht vorstellen 
konnten, dass ein Low ein aktiver Pegel sein könnte- mit ihrer negativen 
Logik haben sie das Low als High definiert und gut war's. Alles schön 
korrekt, nur leider völlig unbrauchbar, weil extrem fehleranfällig.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Nein. 'Negative Logik'-Beschreibung war früher auch in Hardware weit 
verbreitet. Irgendwann starb sie aber aus und seit dieser Zeit wird in 
den Datenblättern kein Logiksystem mehr explizit erwähnt. Es ist 
mittlerweile alles positive Logik. Reste dieser Denke findet man noch in 
den I/O der Chips, wo man oftmals noch Inversstriche findet.

Ich glaube, ursprünglich kam diese Idee aus dem Karnaugh-Diagramm. Dort 
ist es eine Vereinfachungsstrategie. De'Morgan läßt grüßen.

Ist aber echt alt jetzt! 30+ Jahre!


Erinnert sich noch einer, das Autoradios früher die Masse an Plus 
hatten? So wie das Telefonsystem.

Autor: A. K. (prx)
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Abdul K. schrieb:

> Da hab ich schon dran gedacht. Aber auch daran, das der nicht all zu
> lange halten wird im Gegensatz zu einem z.B. MAX232.

Weshalb? Es steht zwar geschrieben, dass der betreffende Computer alt 
ist, nicht aber dass er mit Messern wirft oder so.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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>Das geschilderte Problem hat NICHTS mit "negativer Logik" zu tun.

Naja, bei uralten Hochvolt-MOS-Schaltkreisen war das schon ein ziemlich
unlogische Logik.

MfG Paul

Autor: bensch (Gast)
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> Die schnellen Optokoppler-ICs wären eher eine Wahl, haben aber nur einen
Baustein intus..

Es gibt auch Digital-Isolatore, z.B ADUM1400. 4-Kanal bis 90 Mbaud.

Autor: A. K. (prx)
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Neben PMOS mit merkwürdigen Pegeln gab es noch ECL, das mit negativer 
Spannung arbeitete. Und das war in alten Computern wahrlich nicht 
selten, manche Schaltkreise kriegt man wohl auch heute noch. Allerdings 
ist da der Spannungshub kleiner.

Ob man aber kleine oder grosse Spannung als 0 oder 1 definiert ist nur 
eine Definitionssache. Ich meine schon einen Parallel-Bus in TTL Technik 
gesehen zu haben, der aus irgendeinem Grund die Daten invertiert auf die 
Reise schickte.

Autor: Klaus (Gast)
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Optokoppler ist wohl sinnvollste Lösung.
Normale ist zu langsam:
Dann HCPL-2630, HCPL-2631 verwenden.
2 Stück in einem 8-Pin Gehäuse, bis 10 MBit/s.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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In den CD4000 und 74C/HC Familien gibts auch noch einige Chips, die 
einen erweiterten Eingangsbereich haben. Liste finde ich momentan nicht.

Autor: Gerry E. (micky01)
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Abdul K. schrieb:

> Erinnert sich noch einer, das Autoradios früher die Masse an Plus
> hatten? So wie das Telefonsystem.

Aber sicher. Da hatten ja auch viele Autos den Pluspol der Batterie an 
Masse.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Wenn du mir jetzt noch erklärst, warum das dann geändert wurde? Plus als 
Masse ist korrosionstechnisch besser. Deswegen hat die Telekom das auch 
so bei den Kabeln.

Autor: A. K. (prx)
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Abdul K. schrieb:

> In den CD4000 und 74C/HC Familien gibts auch noch einige Chips, die
> einen erweiterten Eingangsbereich haben. Liste finde ich momentan nicht.

Yep, an Analogschalter hatte ich auch schon gedacht, z.B. CD4053. Als 
Ausgang 0/-4V durchaus verwendbar, vorausgesetzt der AVR arbeitet mit 
5V.

Für die negativen Eingangspegel fällt mir bei den 74HC oder CD4000 
allerdings nichts wirklich brauchbares ein. Man kann die CD4000 zwar mit 
Vdd an +Vcc vom AVR und Vss an -irgendwas betreiben, aber sehr viel 
weiter bringt einen das nicht. Da ist man mit einem ähnlich versorgten 
4fach Komparator einfacher dabei.

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