DE19706957C2 - Elektronisches Gerät der Gebäudeinstallations- oder -systemtechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät der Gebäudeinstallations- oder -systemtechnik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das elektronische Gerät ist ein Ein- oder Ausgabegerät, z. B. eine Tasteneingabe oder ein LCD-Display, das einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller als Applikationsprozessor enthält.

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf elektronische Geräte, die als Busteilnehmer an ein Installationsbussystem anschließbar sind, als auch auf Geräte, die in einem modularen Gerätesystem mit einem anderen Gerätemodul verbindbar sind.

Die Erfindung bezieht sich beispielsweise auf elektronische Geräte, die über eine Schnittstelle mittels einer Busankopplung an den Europäischen Installationsbus EIB anschließbar sind. Das EIB-System ist im ZVEI/ZVEH-Handbuch Gebäudesystem­ technik, herausgegeben von der Wirtschaftsförderungsgesellschaft der Elektro­ handwerke, Frankfurt, 1993 beschrieben, das sich an Anwender richtet. Schnittstel­ lenbeschreibungen und sonstige Spezifikationen sind noch ausführlicher beschrie­ ben im EIB-Handbook, das von der EIBA, European Installation Bus Association, Brüssel herausgegeben ist, und das sich an Personen richtet, die mit der Gerä­ teentwicklung befaßt sind.

Der hier angesprochene Applikationsprozessor ist nicht zu verwechseln mit dem Mikroprozessor, der üblicherweise in einer Busankopplung enthalten ist.

Der Aufbau einer EIB-Busankopplung ist beispielsweise auch in Rose, Micha­ el, "Gebäudesystemtechnik", Hüthig Elektrohandwerk, 1993, Seiten 68-95 be­ schrieben. Daraus geht hervor, dass die Busankopplung einen Mikrocontroller enthält, der einen festprogrammierten Software-Speicher und einen paramet­ rierbaren zweiten Speicher enthält. Die Parametrierung erfolgt dabei über den Bus, also nicht über die Anwenderschnittstelle am Ausgang der Busankopp­ lung.

Modulare Gerätesysteme können ebenfalls elektronische Ein- oder Ausgabe­ geräte der hier angesprochenen Art enthalten, also Geräte mit Applikations­ prozessor und Schnittstelle. Solche Geräte können, aber müssen nicht busfä­ hig sein. Sie sind als Gerätemodul zur Verbindung mit einem Standardmodul, z. B. einem Dimmer oder einem Jalousie-Aktor über eine mechanische und elektrische Schnittstelle ausgebildet. Ein solcher, zumeist als Unter­ putz(UP)-Gerät ausgeführter Aktor, ist nicht programmierbar ausgeführt. Das Standardmodul muß jedoch nicht ein Aktor sein, sondern kann auch eine Ein­ richtung zur Signaleingabe sein, wenn das mit ihm über die Schnittstelle ver­ bundene elektronische Gerät z. B. eine Anzeigeeinrichtung ist.

Um ein derartiges elektronisches Gerät einsatzfähig zu machen, bedarf es ei­ ner Programmierung des Applikationsprozessors, die auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. Dabei unterscheidet man vor allem zwei Arten der Pro­ grammierung, die Maskenprogrammierung von Prozessoren beim Halbleiter­ lieferanten und die Programmierung von OTP(One Time Program­ mable)-Prozessoren, direkt vor der Fertigung von Geräten. Die erste Pro­ grammierungsart gilt zwar als kostengünstig, erschwert aber Änderungen. Zur zweiten Programmierungsart zählt z. B. ein von der Firma Microchip in ihrem 616/17 Microcontroller Data-Book, Seite 2-642 beschriebenes Programmier­ verfahren, das es ermöglicht, den Prozessor in der Leiterplatte zu program­ mieren. Nachteilig ist allerdings noch, daß das Programmierverfahren es er­ forderlich macht, daß die Leiterplatte zur Kontaktierung zugänglich sein muß.

Das bedeutet, daß eine Programmierung meist nicht mehr ohne weiteres möglich ist, wenn die Leiterplatte in ein Gehäuse eines elektronischen Gerä­ tes eingebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Gerät in einer solchen Ausführung anzugeben, das es ermöglicht, fertiggestellte elektroni­ sche Geräte, also nachträglich mit einer Applikationssoftware zu versehen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Gerät nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 2 durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird das elektronische Gerät mit Hilfe einer speziellen Schaltung zur Anbindung des Applikationsprozessors an die Schnittstelle so modifiziert, daß die ohnehin standardmäßig vorhandene Schnittstelle für den Anschluß eines Pro­ grammieradapters benutzt werden kann. Es können somit nacheinander wahlweise ein Programmieradapter oder ein Standardmodul bzw. eine Busankopplung mit der Schnittstelle des elektronischen Gerätes verbunden werden, wobei keinerlei Anpas­ sungen des elektronischen Geräts mehr vorgenommen werden müssen.

Damit sind eine Reihe von Vorteilen verbunden:
Es sind keine Unterbrechungen im Fertigungsablauf erforderlich, wenn beispielswei­ se kurz nach Serienanlauf ein Softwarefehler festgestellt wird. Das Gerät kann wei­ ter produziert werden. Die gegebenenfalls geänderte Software wird später pro­ grammiert. Daher entstehen keine Wartezeiten während der Fertigung.

Softwarefehler können an fertigen und auch an schon programmierten Geräten auf einfache Weise korrigiert werden.

Soweit ein elektronisches Gerät in - bezüglich seiner Funktion - unterschiedlichen Varianten benötigt wird, können einheitliche Geräte gefertigt und gelagert werden. Die jeweils benötigte Variante kann jederzeit durch entsprechende Programmierung geschaffen werden.

Insbesondere bei Gerätearten, die nur in kleinen Stückzahlen benötigt werden, ist es wichtig, Gerätestückzahlen, die den Bedarf in einem längeren Zeitraum entsprechen, in einem Los produzieren zu können. Damit werden wirtschaftliche Losgruppen er­ reicht. Da eine spätere Programmierung möglich ist, ergibt sich kein Problem, wenn später noch Fehler auftreten oder die Software aufgrund von Kundenwünschen ge­ ändert werden soll.

Die erfindungsgemäße spezielle Schaltungsanordnung bewirkt während des Pro­ grammier- bzw. des normalen Gerätebetriebs eine Entkopplung von der Schaltung für die jeweils andere Betriebsart. Dies kann mit unterschiedlichen, nachstehend beschriebenen Varianten der speziellen Schaltungsanordnung erreicht werden.

Eine weitere Beschreibung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungsfiguren dargestellt sind. Die Beispiele beziehen sich auf konkrete Schnittstellen- und Prozessorarten; das Lösungskonzept ist jedoch auch auf andere Schnittstellen und Prozessoren übertragbar.

Es zeigen:

Fig. 1 ein elektronisches Gerät, das mit einem Programmieradapter über eine Standardschnittstelle verbunden ist, und das eine erste Variante der Schaltungsanordnung zur Anbindung des Applikationsprozessors an die Schnittstelle aufweist,

Fig. 2 das elektronische Gerät gemäß Fig. 1 mit angeschlossener Busankopp­ lung, anstelle des Programmieradapters,

Fig. 3 ein elektronisches Gerät mit einer zweiten Variante der Schaltungsan­ ordnung zur Anbindung des Applikationsprozessors und mit ange­ schlossenem Programmieradapter, und

Fig. 4 das elektronische Gerät gemäß Fig. 3 mit angeschlossenem Stan­ dardmodul anstelle des Programmieradapters.

Fig. 1 zeigt ein busfähiges elektronisches Gerät 1, das eine im EIB-System definier­ te Schnittstelle PEI, hier PEI-Type 16 aufweist. Die nachstehend angegebenen PIN-Bezeichnungen beziehen sich auf diese Schnittstelle. Das Gerät 1 enthält eine Ein- oder Ausgabeeinrichtung 7, z. B. ein LCD-Display, das Textanzeigen ermöglicht. Die Ein- oder Ausgabeeinrichtung 7 ist mit einem Applikationsprozessor 6, hier ei­ nem Prozessor PIC-16C7X, insbesondere PIC16C74 der Fa. Mikrochip verbunden. Der Applikationsprozessor 6, auf den sich die nachstehend benutzten Prozessor­ pin-Bezeichnungen beziehen, ist außerdem über eine erste Variante einer speziel­ len Schaltungsanordnung 2 mit der Schnittstelle PEI verbunden, die zweckmäßig als Steckverbindung ausgeführt ist. Diese Schaltungsanordnung 2 enthält Verbindungs­ leitungen, die teilweise standardmäßig im EIB-System bzw. vom Prozessorhersteller vorgesehene Verbindungen, z. B. 2.1 bis 2.4 sind. Auch die dargestellte Beschaltung der PINs 5 und 6 mit einem Widerstand R_typ und dem Kondensator C sind Teil der EIB-Spezifikation und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung. Außerdem sind erfindungsgemäße Mittel, nämlich zusätzliche Verbindungsleitungen 5.1 und 5.2, die neben der Ein- und Ausgabe zusätzlich für Programmierzwecke benutzt werden, sowie Verbindungen über Dioden D1 und D2 vorhanden.

Mit Hilfe der ersten Verbindungsleitung 5.1 ist ein ausgewählter I/O-Pin der PEI-Schnittstelle, hier PEI-PIN9-RTS, mit einem Programmiertakteingang des Appli­ kationsprozessors 6, hier dem Prozessorpin "Serial programming clock" verbunden. Diese Verbindung wird während des Programmiervorgangs als Clock-Eingang, an­ schließend als normaler Ein-Ausgang des Prozessors, hier CTS benutzt.

Mit Hilfe der zweiten Verbindungsleitung 5.2 ist ein weiterer I/O-Pin der PEI-Schnittstelle, hier PEI-PIN7-CTS, mit einem Programmierdateneingang des Applikationsprozessors 6, hier dem Prozessor-Pin "Serial Programming Data" ver­ bunden. Diese Verbindung wird während des Programmiervorgangs als Datenleitung benutzt, in einem späteren Busbetrieb als normaler Ein- bzw. Ausgang, hier RTS des Applikationsprozessors.

Der Prozessorpin MCLR-VPP muß während des Programmiervorgangs zunächst auf Null und dann auf die Programmierspannung gelegt werden. Im Betrieb an einer Bu­ sankopplung darf dieser Prozessorpin durch die Schnittstelle zur Busankopplung nicht beeinflußt werden, muß also hochohmig sein. Deshalb sind zwei Schnittstel­ lenanschlüsse, hier die PEI-PINs 1 und 8, zur Busankopplung erforderlich, die ent­ gegengesetztes Potential (High und Low) haben bzw. bei denen die Busankopplung solche Potentiale anlegen kann. Zwischen den PEI-PIN1 bzw. 8 und den Prozes­ sorpin MCLR-VPP wird jeweils eine Diode D1 bzw. D2 so geschaltet, daß die jewei­ lige Diode im Betrieb an der Busankopplung in Sperrichtung geschaltet ist, also hochohmig ist.

In Fig. 1 ist weiterhin dargestellt, daß das elektronische Gerät 1 über die Standard­ schnittstelle PEI mit einem Programmieradapter 4 verbindbar ist. Der Program­ mieradapter 4 verbindet die PEI-PINs 1 und 8 miteinander. Zur Durchführung der Programmierung legt der Programmieradapter 4 zunächst die PEI-PINs 1 und 8 auf Nullpotential, wodurch ein Reset des Datenspeichers im Applikationsprozessor 6 über den Eingang MCRL/VPP erreicht wird. Anschließend legt der Program­ mieradapter 4 die Programmierspannung VPP an diesen Anschluß.

Fig. 2 zeigt wiederum das elektronische Gerät 1, jedoch im Busbetrieb, wobei das Gerät 1 über die Standardschnittstelle PEI mit einer Busankopplung BCU verbunden ist, die wiederum an den Bus 3 eines Bussystems, hier den EIB-Bus angeschlossen ist. Da im Busbetrieb beide Dioden D1, D2 in Sperrichtung geschaltet sind, stört die für den Programmiervorgang vorgenommene Beschaltung des Reset/Programmier­ spannungseingangs MCLR/VPP den Busbetrieb nicht. Auch die Funktion der stan­ dardmäßig vorhandenen und an den MCLR/VPP-Prozessoreingang angeschlosse­ nen Brown-Out-Schaltung wird nicht beeinträchtigt. Es handelt sich dabei um eine Schutzbeschaltung, die einen Reset bei kritischen Spannungseinbrüchen ausführt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel. Dabei ist ein elektroni­ sches Gerät 10 mit einer zweiten Variante einer Schaltungsanordnung 20 zur Anbin­ dung des Prozessors 6 an eine Schnittstelle 11, die in diesem Beispiel lediglich fünf Anschlüsse aufweist. Mit 7 ist wieder die einem Gerätebenutzer zugängliche Ein/Ausgabeeinrichtung bezeichnet.

In Fig. 3 ist an die Schnittstelle 11 ein Programmieradapter 40 angeschlossen, in Fig. 4 ein Standard-Ein- oder -Ausgabemodul 9, also z. B. ein Aktor in UP-Ausfüh­ rung, eines modularen Gerätesystems.

Die in der Schaltungsanordnung 20 angegebene erfindungsgemäße Anordnung läßt sich auch bei busfähigen Geräten anwenden.

Die Schaltungsanordnung 20 enthält neben den üblichen (nicht bezeichneten) Ver­ bindungsleitungen in der Zuleitung zum Reset/Programmierspannungseingang MCRL/VPP des Prozessors 6 zwei gegeneinander geschaltete Zenerdioden Z1, Z2. Außerdem ist an den mit der ersten Zenerdiode Z1 verbundenen Anschluß der Schnittstelle 11 ein Widerstand 8 angeschlossen, dessen zweiter Anschluß auf ei­ nen beliebigen Prozessor-Ein/Ausgang (Port) geführt ist.

Die Zenerdioden Z1, Z2 sind so zu dimensionieren, daß sie bei normaler Betriebsspannung VDD hochohmig bleiben. Im EIB-System ist VDD z. B. max. 5,25 V, so daß eine Zener-Spannung U_z von 4,7 V ausreicht (Zener-Spannung 4,7 V + Spannung der anderen Zenerdiode in Durchlaßrichtung 0,7 V = 5,4 V).

Beim Anlegen der Spannungen am Prozessor 6 ist die an den Dioden Z1, Z2 bzw. D1, D2 der ersten Schaltungsvariante (Fig. 1 und 2) abfallende Spannung mit zu berücksichtigen. Das bedeutet, daß bei der ersten Variante die Spannung U_D mit berücksichtigt werden muß (in der Regel 0,7 V) und bei der zweiten Variante U_D + U_Z (im vorgenannten Beispiel 5,4 V). Auch bei Anlegen von Masse an MCLR/VPP ist diese Spannung zu berücksichtigen.

Die zweite Schaltungsvariante hat, wie auch die erste Variante die Eigenschaft, daß der Prozessorpin MCLR/VPP im Programmierbetrieb nicht durch die übrige Schaltung beeinflußt wird. Umgekehrt sorgen die Dioden (in der ersten Variante Standard-Dioden auf 2 PIN's, in der zweiten Variante Zenerdioden auf 1 PIN) dafür, daß der Prozessorpin MCLR/VPP im späteren normalen Betrieb unbeeinflußt bleibt von der Schnittstelle.

Der Widerstand 8 in der zweiten Variante entkoppelt den Prozessor 6 vom Programmieradapter 40. Der Widerstandswert muß entsprechend angepaßt werden. Ein niedriger Widerstand hat den Vorteil, daß der Prozessorpin gewisse Lasten treiben kann und den Nachteil, daß der Programmieradapter 40 einen entsprechend hohen zusätzlichen Strom zur Verfügung stellen muß. Bei einem hohen Wert, z. B. 47 kΩ stellt dieser Widerstand keine merkliche Last dar. Ein auf einem Prozessor-In­ put-PIN geführter Widerstand 8 sollte einen hohen Widerstandswert haben.

Es versteht sich, daß die in den Zeichnungsfiguren angegebene Brown-Out-Schaltung so auszulegen ist, daß die Programmierspannung nicht zerstörend wirkt.

Claims (2)

1. Elektronisches Gerät (1), der Gebäude-Installations- oder -Systemtechnik, das eine Schnittstelle (PEI) aufweist, über die eine Verbindung mit einer Busan­ kopplung (BCU) eines Installationsbussystems, oder eine Verbindung mit einem Gerätemodul (9) eines modularen Gerätesystems ermöglicht ist; wobei das elekt­ ronische Gerät (1) einen Applikationsprozessor (6) und eine Einrichtung zur Infor­ mations-Ein/Ausgabe (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schal­ tungsanordnung (2) zur Verbindung der Schnittstelle (PEI) mit Anschlüssen des Applikationsprozessors (6) vorhanden ist, die es ermöglicht, in beliebiger Reihen­ folge nacheinander - und ohne eine Hardware-Änderung am elektronischen Gerät (1) - entweder ein Gerätemodul (9), eine Busankopplung (BCU) oder einen Pro­ grammieradapter (4) zur Programmierung des Applikationsprozessors (6) anzu­ schließen, wobei eine Schaltungsanordnung (2) benutzt ist, die

• a) eine erste Verbindungsleitung (5.1) enthält, die einen ersten Schnittstelle­ nanschluß mit einem Programmiertakteingang des Applikationsprozessors (6) verbindet, und die während eines Programmiervorgangs als Clock-Eingang und im sonstigen Gerätebetrieb als üblicher Ein/Ausgang des Prozessors (6) genutzt ist,
• b) eine zweite Verbindungsleitung (5.2) enthält, die einen zweiten Schnittstellenanschluß mit einem Programmierdateneingang des Prozessors (6) verbindet, und die während des Programmiervorgangs als Datenleitung und im sonstigen Gerätebetrieb als üblicher Prozessor-Ein/Ausgang genutzt ist, und
• c) eine Diodenanordnung (D1, D2) enthält, wobei eine erste Diode (D1) ei­ nen dritten Schnittstellenanschluß mit einem Reset/Programmierspan­ nungseingang (MCLR/VPP) des Prozessors (6) verbindet, und eine zweite Diode (D2) einen vierten Schnittstellenanschluß ebenfalls mit dem Re­ set/Programmierspannungseingang (6) verbindet, wobei die Dioden (D1, D2) so gepolt sind, daß im Programmierbetrieb entsprechend der Programmier­ spezifikationen über eine der Dioden (D2) am Prozessorpin Masse angelegt werden kann und über die andere Diode (D1) eine Programmierspannung (VPP) angelegt werden kann, während im Betrieb an einer Busankopplung (BCU) oder einem Gerätemodul die erste Diode (D1) auf Low-Potential ge­ legt wird und die zweite Diode (D2) auf High-Potential, und damit beide Dio­ den hochohmig sind und den Prozessorpin (MCLR/VPP) nicht beeinflussen:

2. Elektronisches Gerät (10), der Gebäude-Installations- oder -Systemtechnik, das eine Schnittstelle (11) aufweist, über die eine Verbindung mit einer Busankopp­ lung (BCU) eines Installationsbussystems, oder eine Verbindung mit einem Geräte­ modul (9) eines modularen Gerätesystems ermöglicht ist; wobei das elektronische Gerät (10) einen Applikationsprozessor (6) und eine Einrichtung zur Informati­ ons-Ein/Ausgabe (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungsanord­ nung (20) zur Verbindung der Schnittstelle (11) mit Anschlüssen des Applikations­ prozessors (6) vorhanden ist, die es ermöglicht, in beliebiger Reihenfolge nachein­ ander - und ohne eine Hardware-Änderung am elektronischen Gerät (10) - entweder eine Busankopplung (BCU), oder ein Gerätemodul (9) oder einen Programmieradap­ ter (40) zur Programmierung des Applikationsprozessors (6) anzuschließen, wobei eine Schaltungsanordnung (20) benutzt ist,

• a) die eine erste Verbindungsleitung (5.1) enthält, die einen ersten Schnittstellenanschluß mit einem Programmiertakteingang des Applikations­ prozessors (6) verbindet, und die während eines Programmiervorgangs als Clock-Eingang und im sonstigen Gerätebetrieb als üblicher Ein/Ausgang des Prozessors (6) genutzt ist,
• b) die eine zweite Verbindungsleitung (5.2) enthält, die einen zweiten Schnittstellenanschluß mit einem Programmierdateneingang des Prozessors (6) verbindet, und die während des Programmiervorgangs als Datenleitung und im sonstigen Gerätebetrieb als üblicher Prozessor-Ein/Ausgang genutzt ist, und
• c) die in einer Zuleitung von einem Schnittstellenanschluß zum Reset/Pro­ grammierspannungseingang (MCLR/VPP) des Applikationsprozessors (6) zwei gegeneinander geschaltete Zenerdioden (Z2, Z2) aufweist, wobei über die Zenerdioden (Z1, Z2) im Betrieb am Programmieradapter (40) sowohl Low-Potential als auch die Programmierspannung (VPP) entsprechend der Programmierspezifikationen an den Prozessor (6) angelegt werden kann, während im Betrieb an einem Gerätemodul (9) beide Zenerdioden (Z1, Z2) hochohmig sind und somit keinen Einfluß auf den Reset/Programmierspan­ nungseingang (MCLR/VPP) hat, und
• d) bei der ein Widerstand (8) den mit einer der Zenerdioden (z. B. Z1) ver­ bundenen Schnittstellenanschluß mit einem I/O-Port des Prozessors (6) ver­ bindet, wodurch dieser I/O-Port im Betrieb an einem Gerätemodul (9) als nor­ maler EIN/AUSGABE-Port zum Modul benutzt werden kann.