TECHNIK ERKLÄRT
Multiplex-Technik im Detail
VIER KABEL FÜR CHARLIE!
Mit Mikrocontroller sind viele Dinge möglich, die sich mit herkömmlicher IC-Technik nicht realisieren lassen. Die Multiplex-Technik ist hierfür ein gutes Beispiel. Die Steigerungsform davon ist das sogenannte Charlie- plexing, was wir hier im Detail erklären wollen.
Testaufbau mit einem Viessmann-Ks-Signal mit Multiplex-Technik und einem Arduino zur Ansteuerung. Alle Fotos und Skizzen: Martin Pischky Testaufbau mit einem Viessmann Ks Si l itMltil T hik d
D ie Ein- und Ausgänge eines Mikro- controllers nennt man üblicherwei- se Ports. Das kommt aus dem Englischen und deckt mit dieser Kurzbezeichnung ab, dass die Anschlüsse sowohl als Ein- gang, als auch als Ausgang genutzt wer- den können. Für die Ansteuerung von LEDs ist es nötig, diese Ports als Aus- gang zu konfigurieren. Das geht über eine entsprechende Programmanwei- sung im Quellcode des Mikrocontroller- Programms. Eine LED kann unterschiedlich an den Port angeschlossen werden. Es ist sowohl der Anschluss der Anode als auch der der Kathode möglich. Wird die Anode angeschlossen, ist die LED im- mer an, wenn der Ausgang auf „high“, also eingeschaltet ist. In diesem Fall muss die Kathode der LED über einen Widerstand an den Minuspol der Schal- tung angeschlossen werden. Ist die Ka- thode mit dem Mikrocontroller verbun- den, dann ist die LED an, wenn der Port des Mikrocontrollers aus ist. Die Anode der LED muss dann über einen Wider- stand mit dem Pluspol der Schaltung verbunden sein. Vorteil dieser zweiten Variante ist, dass der Mikrocontroller nicht die Spannungsversorgung der LED über-
Mit Mikrocontrollern kann man diese Ansteuerung optimie- ren. Sie sind in der Lage, auf den Ports eine Pulsweitenmodulation (PWM) aus- zugeben. Das ist im Grunde das Gleiche, was wir gerade durch sehr schnelles Ein- und Ausschalten gemacht haben. Der Vorteil bei der Mikrocontroller- Funktion PWM ist, dass es praktisch unabhängig vom restlichen Programm läuft und einmal eingestellt im Hinter- grund weiterläuft. modernen ZWEI LEDS Oft sind Mikrocontroller-Ports knapp. Bei zwei Ports können wir mit Multiple- xing auch nur zwei LEDs ansteuern. Be- trachten wir aber als Gedankenexperi- ment mal das Multiplexing mit zwei Pins. Dabei werden die beiden LEDs an- tiparallel mit den beiden Mikrocontrol- ler-Ports P0 und P1 verbunden.
nehmen muss und nur der „Rückleiter“ der LED über den empfindlichen Mik- rocontroller fließt. Die Helligkeit der LED wird bei diesen Schaltungsvarianten über die Größe des Widerstands in der Zuleitung geregelt. Darüber hinaus kann die Regelung auch durch den Mikrocontroller erfolgen. Die Idee dabei ist, dass die LED nicht dauer- haft eingeschaltet ist, sondern immer nur ganz kurz. Das menschliche Auge ist recht träge und sieht eine dauerhaft eingeschaltete LED, auch wenn diese zwischendurch immer wenige Mikrose- kunden aus ist. Durch Veränderung der Einschalt- dauer und der Pausendauer kann man nun die Helligkeit der LED regulieren. Die maximale Helligkeit wird dabei aber immer noch durch den Vorwiderstand vorgegeben. Dieses Verfahren der zeit- weisen Ansteuerung einer LED nennt man Multiplexing.
Mit zwei Mikrocontroller-Ports lassen sich auch ohne Multiple- xing zwei LEDs ansteuern. Verwendet man Charlieplexing, lassen sich zumindest die Leitungen für die Versorgung einspa- ren. Man kann weiterhin alle vier Zustände (beide aus, D1 an, D2 an, beide an) anzeigen. In der Prinzip-Skizze sind die erforderlichen Widerstände übrigens nicht dargestellt.
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