Dieses Buch entstand aus der Seminarreihe "Sensoren in der Automatisierungstechnik," die an verschiedenen technischen Akademien veranstaltet wurde und noch wird. Es wendet sich an die Anwender, die an den Einsatzmoglichkeiten von Sensoren interessiert sind, wie auch an Studierende, die sich uber die Grundlagen informieren wollen. Die Vielzahl der Autoren, die alle Experten auf ihrem Gebiet sind, garantiert einerseits die Darstellung des aktuellen Standes der Technik, andererseits ein farbiges Spektrum der Darstellungsweise, was der Lesbarkeit des Buches zugute kommt. Der Herausgeber hat sich bemuht, trotz z.T. starker Eingriffe in die Originalmanuskripte, den "Originalton" weitest gehend zu belassen. Er bedankt sich hiermit bei seinen Co-Autoren fur Mitarbeit und Verstandnis. Dieses Buch ware in seiner jetzigen Form nicht zustande gekommen ohne die grosszugige Unterstutzung von Dipl. lng. Dieter Bihl von der Geschaftsleitung der Firma Pepperl +Fuchs GmbH. Auch ihm sei hiermit gedankt. Der gesamte Text wurde von Frau Mandel einfuhlsam bearbeitet, wofur ihr ebenso Dank gebuhrt wie Frau Danilov fur die Sorgfalt und Geduld bei der Erstellung der Zeichnungen. Abschliessend mochte der Herausgeber, da fur das Gelingen dieses Buches wichtig, die langjahrige, effektive und stets angenehme Zusammenarbeit mit dem Vieweg-Verlag nicht unerwahnt lassen. Frankfurt, im Fruhjahr 1991 G. Schnell Vorwort zur zweiten Auflage In erfreulich kurzer Zeit wurde diese zweite Auflage notwendig. Wir haben die Gelegenheit genutzt und - Druckfehler berichtigt, - die Abschnitte Identifikationssensoren, Sensor/Aktor-und Feldbusse und Drucksensoren neu gefasst, - die Abschnitte Temperatursensoren, Weg- und Winkelsensoren und Durchflussmessung erganzt und - die Kapitel uber Fullstandsmessung und Gasfeuchtesensoren neu aufgenommen."

Dieses Ihnen vorliegende Buch hat einen Vorganger, dessen erste und auch zweite Auflage unter dem Titel "Mikrocomputer-Interface-Fibel" erschienen ist_ Interfaces tlienen der Dateniibertragung zwischen dem Mikrocomputer und seiner Peripherie. Es ist nur ein kleiner Schritt von der von uns behandelten Interface-Technik zu den Datenubertragungs- netzen, die in stetig steigendem MaBe zum Einsatz kommen. Trend Rechnung zu tragen und die dritte Wir haben uns deshalb entschlossen, diesem Auflage des Buches wesentlich in Richtung Datennetze (LANs und WANs) zu erweitern. Diese dritte Auflage legen wir hiermit der Fachwelt unter dem neuen Titel: "Interfaces und Datennetze" vor. Die ubernommenen Kapitel sind weiterhin aktuell; ja, die von uns benutzte, besonders leicht verstiindliche Assemblersprache CALM nach Prof. Nicoud ist mittlerweile zur DIN-Norm geworden. Es wurde uns freuen, wenn auch diese aktualisierte, dritte Auflage ihre bewahrte Funk- tion als Arbeitshilfe in Hochschule und Industrie beibehalten wurde. Frankfurt am Main, Friihjahr 1989 VI Inhaltsverzeichnis 1 Einfiihrung .............................................. . 1.1 Arten der Dateniibertragung ................................ . 1.2 Verkehrsarten ......................................... .

1.1 Definitionen Wir wollen diesem Kapitel zwei Definitionen des Mikroprozessors voranstellen, von denen wir hoffen, daB in diesem abgegrenzten Bereich das I nteresse des Lesers angesiedelt ist. Erste Definition Der Mikroprozessor ist eine Schaltung, die einen logischen ProzeBablauf gemaB 1 einem vorgegebenen Programm interaktiv ) zu steuern vermag. Das Programm kann dabei jederzeit geandert werden. Ein einfaches Beispiel dazu ist die Ampelsteuerung einer StraBenkreuzung: Nach einem vorgegebenen Programm bewegen sich Fahrzeuge und FuBganger iiber'die Kreuzung. Wiinscht man den Verkehrsstrom anders zu steuern, so andert man das Steuerprogramm (d.h., die Software). Die Schaltung (d.h., die Hardware) bleibt. Interaktiv ist diese Ampelsteuerung meist leider nicht, d.h. sie bemerkt nicht und reagiert deshalb auch nicht auf das augenblickliche Verkehrsgeschehen. Soli sie reagieren, so miissen VerkehrsmeBgerate, z.B. Zahlkontaktschwellen, eingebaut werden, deren MeBwerte dann im Programm beriicksichtigt werden. Der Leser mag einwenden, daB man Ampelsteuerungen auch schon vor der Erfindung des Mikroprozessors im Jahre 1971 hatte. Nun, damals hat man Steuerungen mit festverdrah teten logischen, integrierten Gattern (NAND, NOR usw.) vorgenommen. Das ist prinzipiell auch heute noch sinnvoll, wenn die Anzahl der logischen Verkniipfungen klein ist 100) und das Programm spater nicht mehr geandert werden 5011 (Abb. 1)."

Es gibt heutzutage ein breites Angebot von Buchern uber Beschaltung und Programmie- rung von 8-Bit-Mikroprozessoren. Ober die Anschaltung der Mikroprozessoren bzw. -computer an Peripheriegerate gibt es leider vergleichsweise sehr viel weniger allgemeine Information. In der .Praxis sieht es aber so aus, daB fertige Einplatinen-Computer in groBer Zahl ange- boten werden, wah rend der hard-und softwaremaBige AnschluB an das jeweilige Peripherie- gerat meistens noch zu leisten ist. Dem hier sich zeigenden Mangel an allgemein gultigem Grundlagenschrifttum wollen wir mit dieser Interfacefibel abhelfen. Sie ist aus der bewahrten Zusammenarbeit von einem Mathematiker mit groBer software- Erfahrung und einem Ingenieur mit hardware-Hintergrund entstanden und basiert auf langjahriger Labor-und Vorlesungserfahrung. Jedes Programm und jede Schaltung wurde erprobt und auf exemplarische Bedeutung hin optimiert. Die ausfuhrlich kommentierten Interface-Programme sind in der von Prof. Nicoud entwickelten leicht verstandlichen Assemblersprache CALM [0.1] geschrie- ben, die nunmehr an 20 Hochschulen und Unternehmen Europas eingefuhrt ist. Obwohl die Programme meist fur den Z80 geschrieben sind, haben wir auf Z80-spezi- fische Sonderbefehle der Allgemeingultigkeit wegen weitgehend verzichtet. Das Kapitel 9 uber Standard-Interface-Bausteine verdanken wir auf Vermittlung von Herrn Prof. Dr. Sokolowsky den Herren Ingenieuren Bermel, Knobl und Schmucker. Wir legen diese Fibel der Fachwelt vor in der Hoffnung, daB sie sich als hilfreiches Lern- und Arbeitsbuch erweisen mage und wunschen ihr die gleiche gute Aufnahme, wie sie die vorangehende "Mikrocomputerfibel" erfahren hat.

"Die Berechnung elektrischer Ausgleichsvorgange ist sowohl bei Studenten als auch bei ausgebildeten Praktikern eine meist unbeliebte Beschaftigung. Der Grund dafur ist wohl, dass die dazu notwendige Mathematik nicht ganz anspruchslos ist. Dazu kommt, dass Grundlagenlehrbucher diesen Stoff notgedrungen sehr knapp anbieten und die einschlagigen Monographien fur Anfanger viel zu schwierig sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, haben sich ein Mathematiker und ein Elektrotechniker zu sammengetan und, gestutzt auf langjahrige Vorlesungserfahrung, eine wirklic. h elementare Einfuhrung verfasst. Es werden in diesem Buch parallel - die klassische Methode der Losung von Differentialgleichungen, - die elegante Methode der Laplace-Transformation und - die moderne Methode der numerischen, digitalelektronischen Berechnung dargestellt. Insbesondere von der letzten Methode erwarten wir bei dem heutigen Stand der Technik der programmierbaren Taschenrechner eine stetig steigende Bedeutung fur die Praxis. Es wurden aber alle drei Methoden soweit behandelt, wie sie ein Student der Elektrotechnik an Hoch- und Fachhochschule beherrschen muss. Auch Studenten ver wandter Fachrichtungen wollen wir ansprechen. " Die vorstehenden Zeilen stammen aus dem Vorwort der ersten und zweiten Auflage des Buches "Differentialgleichungen der Elektrotechnik." Sie gelten noch immer. Das vor liegende Buch ist eigentlich eine dritte Auflage, stellt aber eine vollstandige Neubearbei tung dar und ist erweitert im Hinblick auf die neuen BASIC-fahigen Taschencomputer und die sowohl BASIC-als oftmals auch Pascal-fahigen Personalcomputer. Obwohl wir die Programme didaktisch aufbereitet haben, ist doch eine Vorkenntnis in BASIC und insbesondere Pascal notwendig."

Es gibt heutzutage ein breites Angebot von Biichern iiber Beschaltung und Programmie- rung von 8-Bit-Mikroprozessoren. Ober die Anschaltung der Mikroprozessoren bzw. -computern an Peripheriegerate gibt es leider vergleichsweise sehr viel weniger allgemeine Information. In der Praxis sieht es aber so aus, daB fertige Einplatinen-Computer in groBer Zahl ange- boten werden, wahrend der hard-und softwaremaBige AnschluB an das jeweilige Peripherie- gerat meistens noch zu leisten ist. Dem hier sich zeigenden Mangel an allgemein giiltigem Grundlagenschrifttum wollen wir mit dieser Interfacefibel abhelfen. Sie ist aus der bewahrten Zusammenarbeit von einem Mathematiker mit groBer software- Erfahrung und einem Ingenieur mit hardware-Hintergrund entstanden und basiert auf langjahriger Labor-und Vorlesungserfahrung. Jedes Programm und jede Schaltung wurde erprobt und auf exemplarische Bedeutung hin optimiert. Die ausfiihrlich kommentierten Interface-Programme sind in der von Prof. N icoud entwickelten leicht verstandlichen Assemblersprache CALM [0.1] geschrie- ben, die nunmehr an 20 Hochschulen und Unternehmen Europas eingefiihrt ist. Obwohl die Programme meist fiir den Z80 geschrieben sind, haben wir auf Z80-spezi- fische Sonderbefehle der Aligemeingiiltigkeit wegen weitgehend verzichtet. Das Kapitel 9 iiber Standard-Interface-Bausteine verdanken wir auf Vermittlung von Herrn Prof. Dr. Sokolowsky den Herren Ingenieuren Bermel, Knobl und Schmiicker. Wir legen diese Fibel der Fachwelt vor in der Hoffnung, daB sie sich als hilfreiches Lern- und Arbeitsbuch erweisen mage und wiinschen ihr die gleiche gute Aufnahme, wie sie die vorangehende "Mikrocomputerfibel" erfahren hat. Frankfurt am Main, Ostern 1983 VI Inhaltsverzeichnis 1 E infiihrung .............................................. . 1.1 Arten der Dateniibertragung ................................ .

Wer sich in der Ausbildung, im Beruf oder als Amateur mit Mikrocomputern und damit auch mit Mikroprozessoren befasst, steht vor zwei Problemen: Problem 1: Die sehr grosse Verzahnung der vom Ursprung her wesensfremden Gebiete hardware und software. Problem 2: Das unubersichtliche, ungenormte Nebeneinander vieler Computersysteme. Dieses einfuhrende Lehrbuch begegnet diesen Problemen mit einer Konzeption, wie sie so konsequent unseres Wissens bisher noch nicht verwirklicht wurde: Das Buch behandelt hard- und software gleichwertig von den Grundlagen her auf- bauend. Dies wurde dadurch moeglich, dass ein Mathematiker und ein Elektroniker sich zu gemeinsamer Arbeit (und Diskussion) zusammengefunden haben. Dem ersteren kommt dabei seine langjahrige Programmiererfahrung zugute, dem zweiten seine Tatigkeit als Entwicklungsingenieur. Das Buch behandelt fast alle auf dem Markt angebotenen 8-bit-Mikroprozessoren- typen sowohl hard- als auch softwaremassig. Damit vermeidet es bewusst die Gefahr, dem Leser zu suggerieren, es gabe eigentlich nur den einen Typ, den der Verfasser nun eben aus seiner Arbeit gut kennt. - Das Buch bietet parallele Programmbeispiele fur alle behandelten Mikroprozessoren in der einheitlichen, ubersichtlichen Assemblersprache CALM. Diese Sprache ist klarer und benutzerfreundlicher als alle Herstellersprachen. Sie wurde von Professor Nicoud an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule in Lausanne entwickelt und hat sich im Lehrbetrieb vielerorts bewahrt. Das Umlernen auf eine originale Herstellersprache ist - wenn uberhaupt noetig - in einigen Tagen ohne Muhe moeglich, wie uns ehemalige Studenten oefters bestatigen.

Es kann kein Zweifel darfiber bestehen, daB Bussysteme im allgemeinen und speziell in der Automatisierungstechnik ein aktuelles Thema sind, mit dem sich jeder dort Tatige und Verantwortliche beschiiftigen muB. Dabei ergibt sich zwangslaufig eine Ffille von Fragen, die wir mit diesem Lehrbuch hoffen, aus- ffihrlich und erschopfend beantworten zu konnen. Der Leser moge sich anhand des Inhaltsverzeichnisses eine Ubersicht fiber das Gebotene verschaffen. Das Buch stammt aus der Feder verschiedener Autoren, was den Vorteil bietet, daB ffir jedes Teilgebiet Experten zu Worte kommen. Der Herausgeber hofft, daB der Leser daraus resultierende gelegentliche Uberschneidungen toleriert oder sogar begrfiBt, da das Buch vermutlich oft im "Seiteneinstieg" gelesen wird und daB er die verschiedenen Darstellungsstile als anregend empfindet. Den Autoren dankt der Herausgeber ffir ihre neben der taglichen Arbeit erbrachte Zusatzleistung und die Geduld, mit der sie den der homogenen Darstellung die- nenden .Anderungswfinschen nachgekommen sind. Manches wurde auch bewuBt stehen gelassen, wie z.B. der Begriff "Aktuator", obwohl dieser wortlich fibersetzte Zungenbrecher zu seinem Gegenstfick Sensor viel schlechter paBt wie das Wort "Aktor".

Das Lehrbuch behandelt die theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik und wendet sich an Studenten, die daruber hinaus an numerischen Berechnungsverfahren interessiert sind. Zu jedem Kapitel werden die begleitenden Rechenprogramme in BASIC und Pascal angeboten.Das umfassende Programm WNETZ zur Berechnung von Gleich- und Wechselstromnetzen ist als selbstandige Software lieferbar.