Serielles Interface für CASIO CFX-9850

Einführung

Der Hersteller Casio ist unter anderem für seine Organizer und Taschenrechner bekannt. Sehr viele dieser Geräte haben auch eine eingebaute serielle Schnittstelle um den Anschluß an gleichen Geräten oder am PC zum Datenaustausch zu ermöglichen.
Diese serielle Schnittstelle ist sehr einfach aufgebaut und besteht nur aus 2 Signalleitungen: Rx zum Empfangen und Tx zum Senden und natürlich die gemeinsame Masse.

Kabel für CASIO Geräte

Für die Verbindung zweier CASIO Geräte wird nur ein "über Kreuz" verbundenes Kabel verwendet. Hier werden die TX und die Rx Leitungen miteinander vertauscht. An Material braucht man 2 Klinkestecker 2.5mm stereo und ein 3 poliges Kabel.
Die Masseanschlüße der beiden Stecker verbindet man 1:1 und die Bolzen- und Ring-Anschlüße jeweils gekreuzt (siehe Bild). Manche Organizer werden aber bereits mit einem Verbindugskabel ausgeliefert (2.5mm Klinke <-> 2.5mm Klinke).
Die Länge ist nicht unerheblich und sollte nach Möglichkeit kurz gehalten werden. Bei dem SF9700 Organizer war ein 20cm langes Kabel dabei, aber auch ein selbstgebasteltes 70 cm langes Kabel funktioniert ohne Probleme.
Crosskabel

Um das CASIO Gerät an einem PC anzuschließen muß jedoch mehr Aufwand getrieben werden.

Problem

Die serielle Schnittstelle am PC führt RS232 Pegel, dh. für ein logisches High-Signal -10...15V und für ein Low +10...15V. Die Taschenrechner und Organizer kommunizieren aber über TTL Pegel: für High +5V und für Low 0V. Um diese unterschiedlichen
Schnittstellen miteinander zu verbinden bietet CASIO ein spezielles Kabel mit einem Pegelwandler an. Dieses Kabel ist im Original verhältnismäßig teuer, so daß der materielle Aufwand in keinsterweise die Kosten rechtfertigt. Das ist auch der Grund warum das dieses Interface sehr gerne selbstgebaut wird.

Die Schaltung

Es gibt mittlerweile sehr viele Lösungen, die zum Teil völlig unterschiedlich sind. Leider sind sie zum Teil ein wenig kompliziert, benutzen exotische Bauteile oder sind zu groß, so, daß sie sich nicht in ein 9pol. DSUB Gehäuse einbauen lassen.
Nach einem langen hin-und-her und aus den o.g. Gründen entstand auch die folgende Schaltung:

Circuit

Schaltung

Da die serielle Schnittstelle des PCs sehr tolerant ist, braucht man für den logischen High Zustand keine negative Spannung, sondern kann sich mit dem Massepotential begnügen was die Schaltung enorm erleichtert. Die Schaltung besteht nur aus weit verbreiteten und sogar in
einer spärlich ausgestattetenen Werkstatt vorhandenen Bauteilen: 2 Kleinsignal-NPN-Transistoren, 2 kleine Gleichrichter Dioden und 3 Widerständen. Die Transistoren arbeiten als simple Inverter und sorgen für die Umwandlung der verschiedenen Pegel und die Dioden haben eine reine Schutzfunktion. Die Betriebsspannung wird aus der DTR Leitung gewonnen, die durch die Software auf Low (+10...15V) gesetzt wird.

Schaltungsbeschreibung

Um den Betrieb der Schaltung zu ermöglichen muß die DTR Leitung auf Low geschaltet werden (entspricht ca +10...15V). Das wird in den meisten Fällen durch die Software gesichert. Falls die Schaltung nicht funktionieren sollte, kann man zuerst mit einem Multimeter nachmessen ob die DTR Leitung überhaupt aktiv ist. Die Schaltung ist eigentlich sehr simpel, aber es soll trotzdem hier noch drauf eingegangen werden.

Der Signalweg CASIO -> PC (Uplink):
Der T1 wird direkt über den Widerstand R1 durch die Tx Leitung des CASIO gesteuert. Bei einem Low Pegel des TX Signals (=0V), sperrt der T1 und der Rx Eingang bekommt über den Widerstand R2 das positive Potential der DTR Leitung (enspricht bei RS232 dem Low signal). Bei einem High Signal schaltet er durch und zieht den Rx Eingang des PCs auf Masse (das wertet der RS232-Schnittstellenbaustein als High Signal aus). Die Diode D1 hat eine reine Schutzfunktion und soll verhindern, daß wenn die DTR Leitung ein negatives Potential führt, keine negative Spannung durch den N-P Übergang des Transistors an den Tx Ausgang des CASIO Rechners gelangt.

Der Signalweg PC -> CASIO (Downlink):
Hier wird ähnlich der Uplink Schaltung die Basis des T2 über den Widerstand R3 durch den Tx Ausgang des PCs angesteuert. Da im CASIO-Rechner der Rx Eingang mit einem internen PullUp Widerstand versehen wurde konnte hier eine simple Open-Collector Schaltung angewandt werden. Bei einem Low Signal an der Tx Leitung des PCs (+10...15V) schaltet der Transistor durch und zieht den Rx Eingang des CASIO auf Massepotential (enspricht bei TTL dem Low Signal). Im Fall wenn die Tx Leitung des PCs auf High geschaltet wird (-10...15V), sperrt der Transistor und der Rx Eingang des CASIO wird intern über ein PullUp Widerstand auf 5V gezogen (entspricht bei TTL dem High Pegel). Die Diode D2 liegt paralell zu der Basis-Emitter Strecke und
begrenzt die bei logisch High auftretende relativ hohe negative Spannung auf -0.6V. Sicher, alternativ dazu hätte auch eine Diode in Reihe zum Kollektor eine ähnliche Funktion. In dem Fall wäre aber ein Parallelwiderstand an der Basis-Emitter Strecke notwendig um im Ausschaltmoment die Ladungsträger schnell auszuräumen zu können (bedingt durch parasitäre Kapazitäten des Transistors). Die paralell geschaltete Diode hat deshalb ein zusätzlichen Vorteil: durch die geringe negative Spannung wird das Ausräumen der Ladungsträger aus der Basis-Emitter
Strecke beschleunigt und damit das Schaltverhalten des Transistors verbessert. Dadurch bleibt ein zusätzlicher Widerstand ersparrt im
Vergleich zu einer in der Reihe geschalteten Diode. Das verbessert ingesamt die Signalqualität, dh. die steigenden Flanken werden steiler. Da der Rx Eingang des CASIO durch interne Kapazitäten sowieso sehr in der Bandbreite begrenzt wird, kommt diese zweite
Eigenschaft der Diodenbeschaltung doch sehr gelegen.

Aufbau

Die Bauteile wurden mit Absicht so gewählt, daß man sogar mit einer spärlich ausgestattenen Bastel- und Hobbywerkstatt auskommen kann. Wie bereits erwähnt, kommen hier 2 einfache niederfrequente Kleinsignal-NPN Transistoren wie zB BC337 oder BC547, 2 einfache Gleichrichter-Dioden niedriger Leistung wie zB 1N4148 und 3 Widerstände: 2x 10kOhm und ein 4.7kOhm zum Einsatz. Die Schaltung kann auf einer 5x6Löcher Lochrasterplatine aufgebaut werden und ist klein genug um sie in einem 9pol. DSUB Gehäuse untergebracht zu werden.

Lösungsvorschlag

Wenn man eine kleine 2.5mm Klinkebuchse bekommt die in das 9pol. Gehäuse reinpasst, kann man sich sogar einen kompakten Adapter bauen wo alles in dem o.g. Gehäuse Platz findet. Man kann dann zuerst sich einen 2.5mm <-> 2.5mm "gekreuztes"-Kabel anfertigen oder gleich das mitgelieferte für die Verbindung zwischen dem PC-Adapter und dem CASIO Gerät verwenden.
Die im Adapter verwendete 2.5mm Buchse muß dann natürlich entsprechend mit Rücksichtnahme auf das "gekreuzte" Kabel erfolgen.

Anmerkungen

Da sehr viele Patente für diverse andere Schaltung exisistieren, möchte ich mit dem unten angeführten Text einige Sachen klarstellen.
Diese simple Schaltung wurde unabhängig von bereits bestehenden Schaltungen entwickelt (na ja Entwicklung ist bei dem Umfang vielleicht nicht das richtige Wort :-), evtl. auftrettende Ähnlichkeiten sind rein zufällig und nicht beabsichtigt. Die o.g. Schaltung resultiert aus einem Kompromis unter Berücksichtigung der Kosten, des Aufbauaufwands und der Funktionalität.

Peter Sobisch, den 05.10.1999