Parallelport-Interfacekarte (unten) und Klemmleiste (oben) als gemeinsamer
19-Zoll-Einschub (3 Höheneinheiten)
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Viele Hobby-CNC-Fräsenbauer mit einem Steuer-PC klagen über zu wenige digitale Eingänge für die Steuerung. Um diese Probleme erst gar nicht entstehen zu lassen, entstand die folgende Baugruppe. Sie dient als zweite Schnittstelle zum Steuer-PC und dient vor allem dem Zweck, ihm so viele digitale Eingänge wie möglich über einen IEEE 1284-Parallelport zur Verfügung zu stellen.
Eine CNC-Fräse, die über den Parallelport eines PCs gesteuert wird, hat prinzipbedingt 5 Eingangs- und 12 Ausgangskanäle zur Verfügung. Während die Anzahl der Ausgangskanäle auch für eine 5-Achsen-Fräse mit zwei einzeln angesteuerten Schmiermittelpumpen ausreichen würde, zwingt die geringe Anzahl an Eingangskanälen zu zahlreichen Kompromissen. (Zugegeben: Man könnte sich auch für 13 Eingangs- und 4 Ausgangskanäle entscheiden — aber ich wüßte nicht, für welche Werkzeugmaschine das interessant wäre.)
Wird dagegen die CNC-Steuerung über zwei Parallelports angeschlossen, ist die Situation weitaus komfortabler: Dann stehen insgesamt schon einmal 10 Eingangs- und 16 Ausgangskanäle zur Verfügung. Zusätzlich hat man 8 Kanäle, bei denen man sich aussuchen kann, ob sie (gemeinsam) als Ein- oder Ausgangskanäle genutzt werden.
Die im Folgenden vorgestellte Interfacekarte dient als Zweitschnittstelle zum Steuer-PC und bietet:
Im Gegensatz zur Ersten Schnittstellenkarte, die dazu dient, dem Steuer-PC hauptsächlich die entsprechenden Ausgänge für die entsprechenden Steueraufgaben zur Verfügung zu stellen, dient diese Baugruppe primär dazu, dem Steuer-PC entsprechende Eingänge zu bieten. Da allerdings die Pins 1, 14, 16 und 17 der IEEE 1284-Schnittstelle grundsätzlich nur als Ausgang fungieren können, werden sie auch als solche benutzt.
Der vorliegende Entwurf ist auf einer einseitigen Leiterplatte 100 × 100 mm (Revision 1) oder doppelseitigen Leiterplatte 100 × 80 mm (Revision 2) in Mischbestückung aus SMD und bedrahteten Bauelementen realisiert. Die CMOS-Treiberstufen sind zwecks einfacher Austauschbarkeit gesockelt.
Die Spannungsversorgung der Baugruppe erfolgt über einen Schaltregler mit LM2574 (5V) in Standardbeschaltung und liefert bis zu 500 mA bei einem Eingangsspannungsbereich von ca. 9-24 V. Damit kann die Baugruppe die 5-V-Versorgung weiterer Baugruppen bis zu ca. 400 mA übernehmen.
Die Baugruppe bietet sieben frei verfügbare digitale Eingänge z.B. für Endschalter oder Drehzahlsensoren.
Auf eine optische Entkopplung zwischen PC und Steuerung wurde verzichtet, da eine galvanische Trennung zwischen zwei direkt aufeinander stehenden elektrischen Geräten mit jeweils geerdetem Metallgehäuse pure Einbildung wäre. Stattdessen wird auf eine hochohmige Entkopplung mit HCT-CMOS-Treibern zurückgegriffen.
Die Eingänge sind active low mit integriertem pull-up-Widerstand, d.h. es können direkt gegen Masse schließende Schalter angeschlossen werden. Sie sind hochohmig (4,7 kΩ) 5-24 V und mit Schutzbeschaltung (Entstörglied/Entprellung und Klemmdioden).
Vier frei verfügbare Ausgänge mit einpoligen potenzialfreien Relais können z.B. für die Steuerung von Spindel, Kühlung oder Absaugung verwendet werden.
Ein wichtiges Merkmal ist die Handrad-Schnittstelle. Vorgesehen sind sechs Eingänge, im einfachsten Fall für einen Drehgeber und vier Schalter, zwei Drehgeber und zwei Schalter oder drei Drehgeber ausreicht. Bei mir ist das Handrad mit einem optischen Drehgeber mit 128 Schritten pro Umdrehung und einem Drehschalter mit vier Stellungen, direkt an der Maschine montiert, was für die Ansteuerung von vier Achsen sehr komfortabel ist.
Das Anschlußschema für das Handrad stammt aus [1]. Der Rest der Handradschnittstelle dient nur der Entprellung und als Schutzbeschaltung.
Optional kann eine externe LED-Platine angeschlossen werden, die den logischen Zustand jeder Datenleitung auf dem Parallelport wiedergibt. An der Frontseite der Steuerung angebracht erleichtert sie die Ersteinrichtung und Fehlerdiagnose einer Maschine erheblich.
Vom Parallelport-Interface wurden bislang zwei Revisionen hergestellt. Revision 1 entstand 2010 im Rahmen des Aufbaus der CNC-Fräse. Revision 2 entstand 2016 im Rahmen des „Midlife“-Updates.
Revision 1 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Revision 2 hauptsächlich in den Ausgängen: Sie bietet vier frei verfügbare open collector-Ausgänge (active low, 5V - 24V, mit Klemmdioden), von denen zwei jeweils ein zweipoliges Relais ansteuern. Damit stehen neben den Relais zwei schnelle Schaltausgänge zur Verfügung.
Sie ist als einseitige Leiterplatte 100×100 mm in Mischbestückung SMD/THT mit Strukturbreiten, die eine Herstellung im Hobbykeller ermöglichen, konzipiert.
Das Parallelport-Interface Revision 1 war eine meiner ersten selbst hergestellten Leiterplatten. Bei Wartungsarbeiten 2016 wurden Korrosionserscheinungen entdeckt, von denen erwartet wird, daß sie langfristig zu Funktionsbeeinträchtigungen führen. Vorbeugend entstand Revision 2, bei der die Leiterplatte von einem kommerziellen Hersteller gefertigt wird.
Deshalb ist sie als doppelseitige Leiterplatte 100×80 mm in Mischbestückung SMD/THT konzipiert.
Auf die schnellen Schaltausgänge wurde mangels Anwendung zugunsten zweier weiterer Relais verzichtet.
