Mechatronik. Modul 12: Schnittstellen. Schülerhandbuch.

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1 Mechatronik Modul 12: Schnittstellen Schülerhandbuch Dieses Projekt wurde mit Unterstützung der Europäischen Kommission finanziert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung (Mitteilung) trägt allein der Verfasser, die Kommission haftet nicht für die weitere Verwendung der darin enthaltenen Angaben.

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3 Interfaces/Schnittstellen Minos Inhaltsverzeichnis 1 Interfaces und Schnittstellen Einleitung Elektrische Energieversorgung Eurostecker Schuko-Stecker Stecker in Großbritannien Stecker in der Schweiz Stecker in Nordamerika Weitere Systeme Kupplungen Lampen Batterien Hardware-Schnittstellen Einleitung Begriffe Externe Schnittstellen am Computer Druckeranschluss Serielle Schnittstelle Tastatur- und Mausanschluss (PS/2) USB FireWire Bildschirmanschlüsse VGA DVI HDMI DisplayPort Interne Schnittstellen Stromversorgung ISA-Steckplatz PCI-Steckplatz PCI-Express Weitere Steckplätze für Zusatzkarten PCMCIA Anschluss für Diskettenlaufwerke Anschluss für IDE-Festplatten Serial ATA esata SCSI Serial Attached SCSI RAM-Steckplätze SO-DIMM Prozessor-Steckplätze

4 Minos Interfaces/Schnittstellen 2.5 Audio-Anschlüsse Analoge Audio-Übertragung Digitale Audio-Übertragung Video-Anschlüsse Composite Video S-Video SCART Component Video Netzwerkschnittstellen an Computern Ethernet WLAN Bluetooth IrDA Telefonie und Internet Analoge Telefone ISDN DECT Mobiltelefone UMTS WiMAX DSL Software-Schnittstellen Programmierschnittstellen Protokolle im Internet Universal Plug and Play Mensch-Maschine-Schnittstellen Tastatur Computermaus Bildschirm Zeichenbasierte Benutzerschnittstellen Sprachbasierte Schnittstelle Interfacedesign

5 Interfaces/Schnittstellen Minos Bilderverzeichnis Bild 1.1: Eurostecker... 8 Bild 1.2: Konturenstecker und Schukostecker... 9 Bild 1.3: Schukostecker ohne und mit zusätzlichem Schutzkontakt Bild 1.4: Stecker für Großbritannien...11 Bild 1.5: Schweizer Stecker an einem Adapter Bild 1.6: Stecker für Nordamerika Bild 1.7: Beispiel eines Reisesteckers Bild 1.8: Kalt- und Heißgerätekupplung Bild 1.9: Waffeleisenkupplung...16 Bild 1.10: Kleeblattstecker und -kupplung Bild 1.11: Kleingerätekupplung und Rasiererkupplung Bild 1.12: Glühlampen mit Gewinde E27, E14 und E Bild 1.13: Halogenlampen für Sockel GU10 und für Stecksockel Bild 1.14: Mono-, Mignon-, Mircrozelle, Lithiumbatterien und Knopfzelle Bild 2.1: Druckerkabel Bild 2.2: Dongle für die parallele Schnittstelle Bild 2.3: Kabel für die serielle Schnittstelle RS Bild 2.4: Maus mit neunpoligen D-Sub-Stecker Bild 2.5: PS/2-Buchsen an einem Computer Bild 2.6: Kontaktbelegung an der Mini-DIN-Buchse Bild 2.7: USB-Kabel mit Stecker Typ A, Typ B und ein Ministecker Bild 2.8: Differenzielle Datenübertragung Bild 2.9: FireWire-Kabel mit 4-poligem und 6-poligem Stecker Bild 2.10: VGA-Kabel mit BNC-Buchsen Bild 2.11: Adapter von Mini-VGA auf VGA Bild 2.12: DVI-Stecker Bild 2.13: DVI zu VGA Adapter...39 Bild 2.14: HDMI-Kabel Bild 2.15: Steckerleiste zur Energieversorgung einer Hauptplatine Bild 2.16: Kabel zur Spannungsversorgung von Laufwerken Bild 2.17: ISA-Steckkarte Bild 2.18: PCI-Steckkarte Bild 2.19: Kabel für Diskettenlaufwerk Bild 2.20: Verdrehte Leitungen am Kabel für Diskettenlaufwerke Bild 2.21: Kabel für den IDE-Anschluss Bild 2.22: Festplatte mit SATA-Anschluss Bild 2.23: Gerät mit Buchse für esata Bild 2.24: SCSI-Kabel Bild 2.25: SIMM, PS/2-SIMM, SD-RAM Bild 2.26: SO-DIMM Bild 2.27: Sockel 7 und Intel Pentium Bild 2.28: Cinch-Kabel Bild 2.29: Verschiedene DIN- und Mini-DIN-Stecker

6 Minos Interfaces/Schnittstellen Bild 2.30: 6,35 mm und 3,5 mm Klinkenstecker mit vier Kontakten Bild 2.31: Cinch-Kabel für Composit Video Bild 2.32: S-Video-Kabel Bild 2.33: SCART-Stecker Bild 2.34: Component Video Buchsen Bild 2.35: Ethernet Adapter für 10Base2 und Twisted Pair Bild 2.36: Ethernet Switch Bild 2.37: WLAN Antenne Bild 2.38: IrDA Schnittstelle an einem Mobiltelefon Bild 2.39: Telefonanschlussdose mit NFN-Kodierung und F-Stecker Bild 4.1: Computertastatur mit deutscher Tastenbelegung Bild 4.2: Tastatur eines Laptops...92 Bild 4.3: Mehrtastenmaus und Eintastenmaus

7 Interfaces/Schnittstellen Minos 1 Interfaces und Schnittstellen 1.1 Einleitung Eine Schnittstelle wird überall dort benötigt, wo verschiedene Systeme miteinander kommunizieren müssen. Der Begriff Interface ist dabei die englische Bezeichnung für Schnittstelle, kann aber auch auf die lateinischen Begriffe inter für zwischen und facies für Aussehen oder Form zugerückgeführt werden. Für die Kommunikation zweier Systeme müssen ihre Schnittstellen zusammenpassen. Wie die Informationen im Inneren der Systeme verarbeitet werden ist dabei unerheblich. Damit die Systeme möglichst ohne Probleme miteinander kommunizieren können, sind die Schnittstellen vielfach genormt. Grundsätzlich ist zu unterscheiden, ob eine Kommunikation nur zwischen Fall spricht man von einer Maschine-Maschine-Schnittstelle, im zweiten Fall von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Eine große Bedeutung haben Schnittstellen in der Computertechnik. Hardwareschnittstellen verbinden die einzelnen Bauteile eines Computers miteinander. Dadurch können Komponenten unterschiedlicher Hersteller kombiniert werden. Über die Hardwareschnittstellen werden vor allem elektrische Signale übertragen. Es müssen aber auch die mechanischen Abmessungen der Schnittstellen zusammen passen. Softwareschnittstellen verbinden verschiedene Programme eines Computers miteinander. So kann ein Anwenderprogramm beispielsweise Daten mit dem Betriebssystem des Computers austauschen. Eine Besonderheit sind Netzwerkschnittstellen, über die unterschiedliche Computer miteinander kommunizieren. Hier sind Hard- und Softwareschnittstellen vereint. Zur Kommunikation des Menschen mit einem Computer werden ebenfalls Schnittstellen benötigt. Diese Benutzerschnittstellen sollten möglichst intuitiv zu bedienen sein und keinen großen Schulungsaufwand erfordern. 7

8 Minos Interfaces/Schnittstellen 1.2 Elektrische Energieversorgung Eine alltägliche Schnittstelle verwendet man, wenn man ein elektrisches Gerät mit Energie versorgt, in dem man einen Stecker in eine Steckdose steckt. Die Nennspannung von 230 V ist zwar in Europa und weiten Teilen der restlichen Welt anzutreffen, jedoch unterscheiden sich die Stecker und Steckdosen in ihren mechanischen Abmessungen. Zunächst muss unterschieden werden, ob durch den Stecker zwei- oder dreiadrige Leitungen angeschlossen werden. Für die reine Übertragung der elektrischen Energie reichen zwei Adern aus. Ein dritter Leiter wird als Schutzleiter verwendet und dient der Sicherheit Eurostecker Der Eurostecker verfügt über zwei Kontakte. Diese sind leicht zueinander geneigt, wodurch der Stecker mit etwas Kraft in der Steckdose festgeklemmt wird. Die Kontakte haben einen Durchmesser von 4 mm. Etwa auf der Hälfte der Kontaktstifte sind diese isoliert, wobei der Durchmesser dieser Kunststoffhülsen etwas geringer ist als die eigentlichen Kontakte an der Spitze. Mit dem Eurostecker können nur Ströme bis zu 2,5 A übertragen werden. Da kein Schutzleiter vorhanden ist, müssen die mit einem Eurostecker angeschlossenen Geräte schutzisoliert sein. Typische Beispiele sind Leuchten oder elektronische Geräte mit geringer Leistungsaufnahme. Durch die schmale Bauform können die Eurostecker in vielen Ländern Europas verwendet werden, so auch in der Schweiz. Bild 1.1: Eurostecker 8

9 Interfaces/Schnittstellen Minos Schuko-Stecker Weit verbreitet sind die Europa die sogenannten Schuko-Stecker. Diese Bezeichnung leitet sich vom Begriff Schutz-Kontakt ab. Die beiden Kontaktstifte haben einen Durchmesser von 4,8 mm und sind somit etwas dicker als die Kontakte der Eurostecker. An zwei Seiten des In der Steckdose sind an den entsprechenden Stellen zwei Kontaktfedern angeordnet. Beim Einstecken des Steckers wird dabei zuerst der Schutzleiterkontakt verbunden, bevor die beiden Kontaktstifte in der Steckdose Der ähnlich aussehende Konturenstecker verfügt über keinen Schutzleiter. Er wird eingesetzt, wenn ein Gerät mit einem höheren Strom als beim Eurostecker möglich zu versorgen ist. Dies ist beispielsweise bei Staubsaugern der Fall. Im Gegensatz zum Eurostecker kann der Konturenstecker wegen seiner äußeren Abmessungen und der größeren Dicke der Kontaktstifte beispielsweise in der Schweiz nicht verwendet werden. Die Kontaktstifte des Konturensteckers sind wegen der höheren Strombelastbarkeit dicker als beim Eurostecker. Sie sind nicht isoliert, da dabei der Querschnitt der Kontaktstifte verringert würde. Bei 230 V können Konturenstecker wie auch Schukostecker bis zu 16 A übertragen. Bild 1.2: Konturenstecker und Schukostecker 9

10 Minos Interfaces/Schnittstellen Beim französischen Schuko-System besteht der Schutzkontakt aus einem Stift, der aus der Steckdose herausragt. In solchen Steckdosen können nur Stecker verwendet werden, die eine Bohrung mit dem entsprechenden Schutzleiterkontakt haben. Es ist jedoch möglich, einen Stecker mit Schutzleiterkontakten an den Seiten in einer Steckdose ohne diesen Kontaktstift zu verwenden. Da dabei die Funktion des Schutzleiters nicht gegeben ist, weshalb dies nicht zulässig ist. Eurostecker können wegen ihrer schmalen Form in Steckdosen mit dem französischen System verwendet werden, Konturenstecker müssen eine Aussparung für den Schutzkontaktstift der Steckdose haben. Durch den Kontaktstift für den Schutzleiter sind beim französischen System die Stecker verpolungssicher. Das bedeutet, dass man sie im Gegensatz beispielsweise zum Eurostecker nicht um 180 verdreht einstecken kann. Dies hat den Vorteil, dass bei entsprechender Verdrahtung der Steckdosen der gegen Erde Spannung führende Leiter immer am gleichen Stekkerstift anliegt. Somit kann beispielsweise bei Lampenfassungen dafür gesorgt werden, dass immer der tiefer liegende Mittelkontakt Spannung führt und nicht das weiter außen liegende Gewinde der Fassung. Stecker mit dem französischen System sind heute ebenso selten anzutreffen wie Stecker ohne die Bohrung für den Schutzkontakt. In fast allen Kontakte mit dem Schutzkontakt verbunden sind. Damit ist dieser Stecker auch in Frankreich einsetzbar. Bild 1.3: Schukostecker ohne und mit zusätzlichem Schutzkontakt 10

11 Interfaces/Schnittstellen Minos Stecker in Großbritannien In Großbritannien werden recht große Stecker verwendet. Die Kontaktstifte sind rechteckig. Der Schutzleiterkontakt ist vorauseilend und bildet mit den beiden anderen Kontakten ein Dreieck. Durch die Form der Kontakte ist dieser Stecker verpolungssicher. So zeigt das Kabel eines eingesteckten Steckers auch immer nach unten. dass in Großbritannien die Steckdosen ringförmig verdrahtet sind. Die Leitung zur Versorgung der Steckdosen führt also vom Sicherungskasten der Reihe nach zu allen Steckdosen und dann zurück zum Sicherungskasten. Damit kann eine Steckdose sozusagen von zwei Seiten aus mit Energie versorgt werden. Im Gegensatz dazu ist sonst in Europa eine sternförmige Leitungsführung üblich. Hier wird jeder Strang mit einer Sicherung abgesichert, üblich sind 10 A oder 16 A. In Großbritannien ist der Ring dagegen mit 32 A abgesichert, um alle Verbraucher mit ausreichend Energie zu versorgen. Da diese Sicherung für einzelne Geräte zu groß ist, muss jedes Gerät durch die Sicherung in seinem Stecker zusätzlich abgesichert sein. Es sind Sicherungen für 3 A, 5 A oder 13 A üblich. Bild 1.4: Stecker für Großbritannien 11

12 Minos Interfaces/Schnittstellen Stecker in der Schweiz Die Stecker in der Schweiz ähneln den Eurosteckern, haben jedoch einen zusätzlichen Schutzleiterkontakt. Dieser ist zwischen den beiden anderen Kontakten angeordnet, jedoch etwas aus der Mitte herausgerückt. Obwohl die Kontaktstifte gleich lang sind ist der Schutzleiterkontakt dennoch vorauseilend. Dies wird durch einen weniger tief liegenden Kontakt in der Buchse sichergestellt. Durch die außermittige Anordnung der Schutzleiterkontaktes ist der Stekker verpolungssicher. Es können bis zu 16 A mit dem Stecker übertragen werden, üblich sind aber nur 10 A. Eurostecker können in Schweizer Steckdosen verwendet werden, nicht jedoch Schukostecker. Diese haben dickere Kontaktstifte und passen deshalb nicht in die Steckdosen. Auch würde der Schutzleiter nicht verbunden. Die Stecker des Schweizer Systems sind im Vergleich zu anderen Stekkersystemen sehr platzsparend und trotzdem sicher. Sie ähneln dem Steckersystem nach IEC , welches 1986 von der International Electrotechnical Commission (IEC) veröffentlicht wurde. Das System IEC vereint die Vorteile verschiedener Systeme, wird jedoch bisher nur von Brasilien in großen Teilen unterstützt. Im Unterschied zum Schweizer System haben die Kontaktstifte einen Durchmesser von 4,5 mm statt 4 mm und der Schutzleiterkontakt ist nur 3 mm statt 5 mm aus der Mitte gerückt. Eurostecker können jedoch in Steckdosen des Systems nach IEC verwendet werden. Bild 1.5: Schweizer Stecker an einem Adapter 12