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 Break out board für CNC Maschinen
 
Einleitung
CNC Maschinen die von einem PC gesteuert Fräs und Bohrarbeiten im Hobby-Keller erledigen sind sehr beliebt. Meist werden die Steuerungen dieser Maschinen über den Parallelport (LPT)  an den PC angeschloßen. Damit das sicher funktioniert müssen die Signale von und zum PC galvanisch getrennt werden um Störungen die vor Allem von den Motoren kommen vom PC fernzuhalten.
Die nachfolgend vorgestellte Schaltung erledigt die Trennung und noch etwas mehr:

-  100% galvanische Trennung
-  optisch isolierte  Eingänge
-  minimal Pegel 1,8V
-  Ausgangspegel 5V TTL
-  doppelte Stromversorgung
-  4 Relais Ausgänge
-  alle Signale invertier und abschaltbar
-  alle Signale über LED visualisiert
-  externe LED Anzeige
-  Flachkabelanschluß für LPT-Schnittstelle

Funktions Prinzip
Die vom PC kommenden Signale werden auf Treiber IC  geführt die Pegel zwischen 1,8V und 5V immer in ein sauberes TTL Signal umwandeln. Dies ermöglicht es auch LPT Schnittstellen mit 3,3V Pegel (Laptops, PCI-Karten) zu verwenden. Heute eine der häufigsten Fehlerquellen bei der Kombination von Steuerung und PC.

Ein und Ausgänge der Standard LPT Schnittstelle



Gelb ist das Eingangssignal (3,3V) rot stellt das Ausgangssignal (5V) dar.



Über die Schalter auf dem Board können alle Signale invertiert oder abgeschaltet werden. Eine Tabelle mit den korekten Schalterstellungen gibt es hier:

LPT Schalter Polarität Signal    
2 S3.1 nicht invertiert Ausgang                                 
S4.1 invertiert
3 S3.2 nicht invertiert Ausgang
S4.2 invertiert
4 S3.3 nicht invertiert Ausgang
S4.3 invertiert
5 S3.4 nicht invertiert Ausgang
S4.4 invertiert
6 S3.5 nicht invertiert Ausgang
S4.5 invertiert
7 S3.6 nicht invertiert Ausgang
S4.6 invertiert
8 S3.7 nicht invertiert Ausgang
S4.7 invertiert
9 S3.8 nicht invertiert Ausgang
S4.8 invertiert
      
1 S2.1 nicht invertiert Ausgang S5.1 K1 aktiv
S1.1 invertiert
14 S2.2 nicht invertiert Ausgang S5.2 K2 aktiv
S1.2 invertiert
16 S2.3 nicht invertiert Ausgang S5.3 K3 aktiv
S1.3 invertiert
17 S2.4 nicht invertiert Ausgang S5.4 K4 aktiv
S1.4 invertiert
      
10 S6.4 nicht invertiert Eingang                     
S7.4 invertiert
11 S6.3 nicht invertiert Eingang
S7.3 invertiert
12 S6.2 nicht invertiert Eingang
S7.2 invertiert
13 S6.1 nicht invertiert Eingang
S7.1 invertiert
15 S6.5 nicht invertiert Eingang
S7.5 invertiert

Alle Signale sind auf Schraubklemmen geführt um eine Schaltschrank konforme Verkabelung zu ermöglichen. Die LED sind so angeordnet das sie alle bei ihrer dazu gehörigen Klemme sitzen und so direkt der Schaltzustand jedes einzelnen Signales direkt zu erkennen ist. Die 5 Eingänge der LPT Schnittstelle werden im unbeschalteten Zustand auf 5V Pegel gehalten und müssen zur Aktivierung gegen Null geschaltet werden.
Das optionale externe Anzeigeboard zeigt alle Ausgangspegel des Boards in Echtzeit an.

Schaltung
Eine doppelte Stromversorgung sorgt für die optimale Signalaufbereitung. Bei dem Netztrafo handelt es sich um einen handelsüblichen Printtransformator mit 2x6V.
Als ICs kommen nur Bausteine zum Einsatz die Schmitttrigger Eigenschaften haben. Die Optokoppler sind in der Lage Signale bis zu 20kHz verzerrungsfrei zu übertragen.
Auf der Steuerungsseite gibt es zusätzlich 4 Relais die bei Bedarf zum schalten von Zusatzeinrichtungen an der Fräse genutzt werden können. Über Schalter S5 können die Relais zu oder abgeschaltet werden.
Auf zusätzlichen Firlefanz wie PWM und Watchdog wurde bewusst verzichtet. Das würde die universalität des Board nur unnötig einschränken. Wer sowas unbedingt braucht kann es ja extern anschließen.
Auf 2 Klemmen sind die 5V der Steuerungsseite herausgeführt. Hier kann man Zusatz-Steuerungen anschließen. Mehr als 200mA sollten diese aber nicht benötigen, ansonsten muss die Kühlung des Spannungsreglers vergrößert werden.

Die Belegung der Klemen ergibt sich aus dem Bestückungsplan.

Die Platine ist eine doppelseitig nicht durchkontaktierte Platine. D.h. einige Bauteile müssen beidseitig verlötet werden was etwas Löterfahrung benötigt. Auch lies sich der Einsatz von SMD Bauteilen nicht vermeiden. Aber die Größe 1206 lässt sich mit Bastlertypischen Werkzeugen noch problemlos verlöten. Hilfreich ist eine präzisse Pinzette und dünnes Lötzinn (0,5mm).

Es gibt auch ein kleines Video dass das Board in Aktion zeigt: Video

Wer Platinen benötigt kann sich gerne bei mir melden.



Viel Spaß beim nachbauen.

Salu Hans Borngräber


Platinen Ober und Unterseite




Versuchsaufbau mit Schrittmotorendstufe und Schrittmotor






Externe LED Anzeige



Externe LED Anzeige Unterseite mit SMD Bauteilen