Optokoppler am Parallelport

[Tomizz]

Hi,

ich wollte zwischen dem Parallelport meines Rechners und einer Schrittmotorsteuerung aus Sicherheitsgründen Optokoppler (OK) dazwischen setzen. Ich habe sehr viel gesucht, aber nie so richtig die passenden Antworten gefunden. Die Beispielanwendungen in den Datenblättern sind auch nicht immer sehr aufschlussreich. Daher mal hier mein Beitrag.

Ich habe seit Jahren einen 6N138 rumliegen, aber nie genutzt. Das hat sich jetzt geändert. Ich habe folgende Schaltung aufgebaut:

Bild hier  

R1 passt von der Größe. Zu R2 findet man wenig Angaben. Ich habe hier ein 10k-Ohm-Poti reingesetzt und mit den Werten etwas rumgespielt. Der Wert von R2 bestimmt, wieviel Spannung am Signalausgang (X2-1) anliegt. Bei R2=0 (also direkte Verbindung) liegen am Ausgang 5 V an, aber der OK wird dann etwas warm. Ich weiß nicht, wie lange der dann durchhält. Je größer R2, desto geringer die anliegende Spannung und umso geringer muss der Wert für R3 gewählt werden. Liegen am Ausgang 5V an, so muss bei einer Standard 20 mA-LED ein 150 Ohm-Widerstand dran. Bei R2=300 Ohm reicht die Spannung aus, die LED auch ohne Widerstand zu betreiben (ca. 2V). Allerdings gefällt mir die Lösung mit der LED nicht richtig als Anzeige für das Signal. Vielleicht sollte man das Signal nur nutzen, auf einen ULN2803 weiterleiten und LEDs damit anzusteuern. Ohne LED (oder sonstige Last) liegt am Ausgang irgendwie kein definiertes Signal an. Etwas Last sollte also sein.
Pin 7 des 6N138 bleibt normal nicht beschaltet, kann aber laut Aussagen einiger Leute (irgendwo im I-Net) mit einem Widerstand auf Masse gezogen werden. Ich bin mir da nicht sicher. Laut Datenblatt liegt zwischen Pin 5 und 8 sowie zwischen 6 und Masse jeweils noch ein Kondensator mit 100 nF. Hatte ich jetzt nicht, ging aber auch so. Übrigens wird das Eingangssignal invertiert. Also bei einem high-Pegel aus dem Parallelport kommt low hinten aus dem OK raus. Zumindest bei meiner Beispielschaltung.

Mein Ziel ist es, die schnelleren 6N136 zu verwenden. Der Schaltungsaufbau ist ähnlich, nur müssen die Bauteile andere Werte aufweisen. Hier mal eine Beispielschaltung für diesen OK:

Bild hier  

R1 ist etwas geringer, da mehr Strom fließen kann. Aber wie groß kann R2 sein? Da hätte ich gern ein paar Tipps. 1 kOhm sollte doch passen. Da habe ich nämlich noch einige Widerstände rumliegen. Die LED habe ich diesmal gleich weggelassen. Was ist mit Pin 7? Kann der so offen bleiben?

Ich will damit keine Lasten schalten, sondern nur das Signal für eine SM-Steuerung liefern. Wie schaut die optimale Schaltung aus?

Tomizz

[Bumbum]

Hallo Tomizz,

wenn es dir nur um digitale Steuer-Signale geht kannst du als R2 irgend etwas hochohmiges (z.B. 10k Ohm) verwenden. Die LED und die Kondensatoren würde ich weg lassen.
Also: Transistor vom Optokoppler wie gezeichnet mit Emitter auf Masse. Collector ist der Ausgang. Davon noch ein Pull-Up-Widerstand von z.B. 10k Ohm auf +Ub (wohl 5V) der Steuerung.
Zu beachten ist noch dass die Schaltung das Signal invertiert. (Wenn ich jetzt keinen Denkfehler mache) Also aus einer 1 am Parallelport wird eine 0 am Ausgang und umgekehrt.

Was noch zu beachten ist: LPT-Ausgänge sind normalerweise nicht belastbar. Das sie wie in deinem Fall eine Optokoppler-LED treiben, die normalerweise so um die 10mA benötigt ist reine Glückssache. Ich würde auf der LPT-Seite die ULN2803 einsetzen. Allerdings benögist du dann noch eine extra Spannungsversorgung vom PC um die LEDs zu versorgen. Andererseits hättest du so die Invertierung wieder ausgeglichen.

Viele Grüße
Andreas

[Besserwessi]

Der 6N138 ist für den LPT Port eine recht gute Wahl, weil er auch mit etwa 1 mA auskommt. Für die meisten anderen Optokoppler benötigt man mehr Strom - das geht dann also nicht mit jedem PC so einfach direkt am LPT. Der Treiber in Richtung GND sollte kräftiger sein - man bekommt also auch ohne extra Treiber mehr Strom, wenn die LED gegen z.B. +5 V (von einer extra Quelle) schaltet.

[Bumbum]

Hallo Besserwessi,

Der Treiber in Richtung GND sollte kräftiger sein - man bekommt also auch ohne extra Treiber mehr Strom, wenn die LED gegen z.B. +5 V (von einer extra Quelle) schaltet.

Das ist dann aber auch nicht überall garantiert, die 5V braucht man trotzdem und die Invertierung durch den OK ist noch nicht ausgeglichen. Da würde ich dann doch einen ULN2803 empfehlen und die Sache ist erledigt.

Viele Grüße
Andreas

[Tomizz]

wenn es dir nur um digitale Steuer-Signale geht kannst du als R2 irgend etwas hochohmiges (z.B. 10k Ohm) verwenden. Die LED und die Kondensatoren würde ich weg lassen.
Also: Transistor vom Optokoppler wie gezeichnet mit Emitter auf Masse. Collector ist der Ausgang. Davon noch ein Pull-Up-Widerstand von z.B. 10k Ohm auf +Ub (wohl 5V) der Steuerung.

LED war schon weg, Kondensatoren sind jetzt auch weg. R2 auf 10 kOhm. Ist R2 denn nicht schon der Pull-Up zwischen Kollektor und +Ub? Oder meinst Du mit Ub Pin 7, der im Datenblatt mit Vb bezeichnet wird? Ich habe die Skizze aktualisiert:

Zu beachten ist noch dass die Schaltung das Signal invertiert. (Wenn ich jetzt keinen Denkfehler mache) Also aus einer 1 am Parallelport wird eine 0 am Ausgang und umgekehrt.

Weiß ich, aber die Invertierung ist mir egal, da man das in der Software (EMC2) ganz leicht umstellen kann. Von daher kein Problem.

Was noch zu beachten ist: LPT-Ausgänge sind normalerweise nicht belastbar. Das sie wie in deinem Fall eine Optokoppler-LED treiben, die normalerweise so um die 10mA benötigt ist reine Glückssache. Ich würde auf der LPT-Seite die ULN2803 einsetzen. Allerdings benögist du dann noch eine extra Spannungsversorgung vom PC um die LEDs zu versorgen.

Die Belastung der Ausgänge ist nicht so sehr hoch, aber doch ausreichend. Ich habe mir eine Testplatine mit LEDs und Vorwiderständen gebaut, die man direkt an den Parallelport hängt und gleich alle Vorgänge an den Ausgängen beobachten kann. Da zieht jede LED 20 mA. Daher sollten 10 mA kein Problem darstellen.

Der 6N138 ist für den LPT Port eine recht gute Wahl, weil er auch mit etwa 1 mA auskommt. Für die meisten anderen Optokoppler benötigt man mehr Strom - das geht dann also nicht mit jedem PC so einfach direkt am LPT. Der Treiber in Richtung GND sollte kräftiger sein - man bekommt also auch ohne extra Treiber mehr Strom, wenn die LED gegen z.B. +5 V (von einer extra Quelle) schaltet.

Der geringere Strom des 6N138 wäre ein Argument. Aber der ist bis zu 50 x langsamer als der 136er. Und das ist mir wichtiger. Schließlich soll hierüber auch das Taktsignal für die Schrittmotoren übertragen werden. Noch bin ich nicht so weit, aber wenn ich mal beim Mikroschrittbetrieb angelangt bin, sollte das sehr relevant werden. Der 6N138 bietet dafür ein hohes Gleichstrom-Übertragungsverhältnis (CTR), wenn man sowas braucht.

Vielen Dank erstmal für die Antworten.
Tomizz

[Bumbum]

Hallo Tomizz,

wenn du in deiner Software das Signal invertieren kannst und die Leistung der LPT-Ausgänge reicht würde ich es so machen wie in deiner Skizze. R2 = Pull-Up-Widerstand.

Viele Grüße
Andreas

[Tomizz]

Ich habe nun meine OK (6N136) bekommen und einige Versuche auf einem Steckbrett gemacht. Mit Vorwiderständen an Pin 2 des OK tut sich gar nichts. Also habe ich die weggelassen. Die Ausgangsspannung am Parallelport ist nicht sehr hoch (nicht mal annähernd +5V), und da hat es wunderbar funktioniert. Aber die Spannung könnte von Rechner zu Rechner variieren. Also erstmal mit einem Poti vor Pin 2 (max. 500 Ohm) testen, ab wann der OK schaltet. Mein neues Motherboard lebt jedenfalls noch. Was soll schon passieren. Im schlimmsten Fall dürfte es den OK zerschießen, oder? An der Ausgangsseite habe ich den 10 kOhm-Widerstand gelassen (siehe Anhang). Die Signale aus dem Rechner müssen natürlich invertiert werden. Aber mit EMC2 ist das kein Problem.

Das Notaus-Signal vom Rechner habe ich in meine Sicherheitsschaltung mit eingebunden. Erst wenn F1 am Rechner gedrückt wurde lässt sich die Motorspannung zuschalten. Für dieses Signal werde ich den 6N138 nehmen, den ich noch rumliegen hatte. Da kommt es ja nicht auf die Geschwindigkeit an. Die Widerstandswerte sind im unteren Teil des Anhangs zu finden.

Jetzt werde ich das alles auf einer Streifenrasterplatine zusammenlöten, bevor es an die Hardware der Fräse geht.

Tomizz

[Bumbum]

Hallo Tomizz,

die meissten "modernen" LPTs geben nur 3,3V aus. Da hatte ich früher viele Probleme gehabt als ich LCD-Displays angeschlossen habe, die 5V an den IOs erwartet haben.

Und was es dir zerreisst ist die Frage. Ohne Strombegrenzung fällt das schwächste Glied der Kette als erstes aus. Ob das der OK ist kann niemand vorhersagen...

Mir wäre das ohne Treiber zu unsicher. Du sprichst von einem Not-Aus für die Motoren, baust dann aber unberechenbare Schaltungen um diese Motoren zu steueren. Ich bleibe bei der Meinung, dass es nur mit einem Treiber-IC vernünftig und sicher gelöst ist.

Viele Grüße
Andreas

[Tomizz]

@Bumbum

Das Not-Aus vom PC aus ist nur dafür, dass man nicht die Steuerung anschalten kann, bevor die Software gestartet ist. Das könnte sehr unkontrollierbare Aktionen der Motoren geben. Einen Not-Aus-Taster an der Steuerung gibt es extra noch.

Was heißt hier "unberechenbare Schaltungen"? Ich nutze die RN-Stepp297 mit einer sehr bewährten Schaltung [L297 + L298], wenn auch ohne Mikroschrittbetrieb. Ich brauche einfach nur eine "sichere" Anbindung vom Parallelport zu diesen Boards (3 Stück insgesamt). Da kann doch ein Optokoppler nicht falsch sein. Was wäre denn die Alternative? Was meinst Du denn für einen Treiber-IC? Bei den Beschreibungen zum Betrieb der RN-Stepp297 ist immer nur von einer Anbindung an Microcontroller die Rede und nie an den Parallelport. Deswegen konnte ich bisher keine Beispiele für meine Anwendung finden.

Tomizz

[Bumbum]

Guten Morgen Tomizz,

deine Anbindung der Optokopler zum LPT finde ich bedenklich, nicht den Rest deiner Schaltung. (obwohl ich diese nicht kenne) Bereits in Beitrag #2 habe ich darauf hingewiesen, dass man diese Anbindung überlicherweise mit einem Treiber macht. (z.B. wie dort erwähnt dem ULN2803)
Ich wurde überstimmt, da die von dir gewählten Optokoppler angeblich mit niedrigem Strom auskommen. Da war aber auch noch nicht die Rede von einem Not-Aus, um eventuell Schaden vorzubeugen.

Das du die OK jetzt sogar ohne Vorwiderstand anbinden musst ist dann doch bedenklich! Wie Temperaturstabil ist das zum Beispiel? Was machst du im Sommer wenn es mal 10 Grad mehr hat, fließt dann vielleicht schon zuviel Strom?
Ohne Widerstand kann immer der maximale Strom fließen und irgend etwas kaputt gehen. Was machst du denn, wenn es dir den LPT-IC im PC schießt und der wild irgendwelche Daten sendet? Bist du dann schnell genug am Not-Aus?

Du sprichst selbst in deinem letzten Beitrag von einer "sicheren" Anbindung an den LPT. Das geht nur über ein passendes Interface (ein Treiber), da die LPT-Ausgänge nur für sehr geringe Strom-Abgabe definiert sind. (vermutliche wenige TTL Gatter) Ein OK überlastet diese Definition bei weitem, auch deine gewählten, obwohl sie mit wenig Strom funktionieren.

Viele Grüße
Andreas