Lernfeld 6 · Prüfung Teil 2

Serielle Schnittstellen und Busse

RS-232, RS-485, CAN, I²C, SPI und USB: Pegel, Topologie, Abschluss, Datenrahmen und Übertragungsrate serieller Schnittstellen.

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Darum geht es

Serielle Schnittstellen übertragen Daten Bit für Bit. RS-232 arbeitet unsymmetrisch gegen Masse und verbindet zwei Geräte über kurze Strecken; zwei Datenendgeräte werden über ein Nullmodemkabel mit gekreuzten Sende- und Empfangsleitungen verbunden. RS-485 und CAN übertragen die Daten als Spannungsdifferenz über ein verdrilltes Adernpaar. Störungen wirken auf beide Adern gleich und heben sich auf, deshalb sind lange Leitungen und mehrere Teilnehmer an einer Linie möglich. Beide Leitungsenden werden mit dem Wellenwiderstand von etwa 120 Ω abgeschlossen.

Auf Leiterplatten verbinden I²C und SPI Bausteine miteinander. I²C kommt mit zwei Leitungen aus, braucht aber Pull-up-Widerstände, und jeder Baustein hat eine Adresse. SPI nutzt Takt, zwei Datenleitungen und eine Auswahlleitung je Slave und überträgt schneller in beide Richtungen gleichzeitig.

Bei asynchroner Übertragung müssen Baudrate und Rahmenformat auf beiden Seiten gleich sein. Jedes Zeichen besteht aus Startbit, Datenbits, gegebenenfalls Paritätsbit und Stoppbits; beim Format 8N1 sind das 10 Bit je Byte. Bei CAN entscheidet der Identifier über die Priorität: Die Nachricht mit dem kleineren Identifier setzt sich ohne Datenverlust durch.

Das solltest du dir merken

RS-485 und CAN brauchen genau zwei Abschlusswiderstände, einen an jedem Ende.
I²C braucht Pull-up-Widerstände, SPI eine Auswahlleitung je Slave.
Bei 8N1 gehören 10 Bit zu jedem Byte.
Zwischen CAN_H und CAN_L misst man spannungslos etwa 60 Ω.

Formeln

Nutzdatenrate einer UART: $B = \frac{Baudrate}{n _{Bit je Zeichen}}$; Bit je Zeichen aus Start-, Daten-, Paritäts- und Stoppbits
Parallele Abschlusswiderstände: $R = \frac{R _{1} \cdot R _{2}}{R _{1} + R _{2}}$

Typische Fehler in der Prüfung

Mit 8 statt 10 Bit je Byte gerechnet.
Den Abschluss auch an Teilnehmern in der Mitte eingeschaltet.
Bei RS-232 die Masseleitung weggelassen.

Tipps aus der Werkstatt

Rechne bei seriellen Schnittstellen immer mit dem ganzen Zeichen: Startbit, Datenbits, Parität und Stoppbit. Bei 8N1 sind das 10 Bit je Byte, 9600 Baud ergeben also 960 Byte/s, nicht 1200.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

12 Aufgaben zu „Serielle Schnittstellen und Busse“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 6 (Schnittstellen analysieren und Fehler lokalisieren). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.