Netzwerkschnittstelle

Was sind Hardware-Schnittstellen?

Hardware-Schnittstellen werden benötigt, damit Rechner mit der Außenwelt Daten austauschen können. Solche Schnittstellen werden beispielsweise benutzt, um Daten von Tastatur und Maus zu übernehmen oder Daten an Bildschirm, Drucker und Lautsprecher weiterzugeben. Sicher hast du auch schon die USB-Schnittstelle benutzt, um Daten von bzw. an externe Datenträger zu übertragen.

Hardware-Schnittstellen begegnen uns wie bei dieser Laptop-Rückseite in Form von Buchsen und Steckern, mit deren Hilfe die Verbindung zum Innern eines Rechners hergestellt werden.

Aufgabe 1

Benenne die abgebildeten Schnittstellen und zähle Nutzugsbeispiele auf. Kennst du weitere Schnittstellen?

Das folgende Bild zeigt eine Netzwerkschnittstelle. Am linken Rand erkennt man eine Buchse, in die man ein Neztwerkkabel stecken kann. Zu der Netzwerkschnittstelle gehören auch die elektronischen Bauteile, die rechts von der Buchse zu sehen sind.

Die englische Wort für Schnittstelle ist Interface.

Zu einer Schnittstelle gehören in der Regel elektronische Bauteile sowie eine Buchse, an der eine Leitung angeschlossen werden kann. Bei einer WLAN-Schnittstelle oder einer Bluetooth-Schnittstelle gibt es anstelle einer Leitung ein kleines Funkmodul mit einer Antenne.

Voraussetzungen für die Experimente in diesem Abschnitt

Für die folgenden Experimente benötigst du ...

• ... zwei Rechner
• ... zwei Calliope Mini
• ... mehrere Leitungen mit Krokodilkabeln
• ... eine LED mit integriertem Vorwiderstand
• ... das Python-Modul calli_inter

Details und Anleitungen zu den benötigten Materialien findest du hier: Exkurs - Materialien

Der Calliope Mini als Netzwerkschnittstelle

Bei der Netzwerkschnittstelle, die in einem Rechner eingebaut ist, können wir mit einem Python-Programm nicht direkt auf die einzelnen Anschlüsse zugreifen. Deshalb verwenden wir den Calliope Mini als Netzwerkschnittstelle. Dazu muss auf dem Calliope Mini folgendes Programm installiert sein:
mini-calli_inter_v1_v2.hex (Calliope Version 1 und 2)
mini-calli_inter_v3.hex (Calliope Version 3)

Wir werden die Daten bitweise (d.h. Bit für Bit nacheinander) übertragen.

Ein Datenbit wird dabei durch eine Spannung zwischen Pin 1 und dem Pin - des Calliope Mini repräsentiert:

Wert des Bit	Spannung
0	0V
1	3,3V

Ein Dialog mit der Netzwerkschnittstelle

Aufgabe 2: Schreiben auf der Netzwerkschnittstelle

Schließe eine LED an Pin 1 und den Massepin des Calliope an. Gehe dabei vor wie im folgenden Bild dargestellt.
Die LED benötigt einen Widerstand, der mit der LED in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand verhindert, dass die LED oder der Calliope zerstört werden.
Tipp: Bei dieser Aufgabe kannst du zusätzlich ein Voltmeter verwenden. Schließe den schwarzen Anschluss des Voltmeters an den Massepin des Calliope und den roten Anschluss an Pin 1 an.

Führe den folgenden Python-Dialog aus.
Beobachte die LED und erkläre deine Beobachtungen.

>>> from calli_inter import Interface      # die Klasse Interface wird importiert
>>> inter = Interface()                    # ein Objekt inter der Klasse Schnittstelle wird erzeugt
>>> inter.write(1)                         # auf Pin 1 wird eine 1 geschrieben
>>> inter.write(0)                         # auf Pin 1 wird eine 0 geschrieben
>>> inter.write(0)                         # auf Pin 1 wird eine 0 geschrieben
>>> inter.write(1)                         # auf Pin 1 wird eine 1 geschrieben
>>> inter.write(1)                         # auf Pin 1 wird eine 1 geschrieben

>>> inter.close()                          # die Schnittstelle wird geschlossen

Aufgabe 3: Lesen von der Netzwerkschnittstelle

Verbinde die Pins 1 und 2 miteinander:

Führe den folgenden Python-Dialog aus.
Beobachte die Werte, die der Befehl inter.read() ausgibt. Erkläre deine Beobachtungen.

>>> from calli_inter import Interface      # die Klasse Interface wird importiert
>>> inter = Interface()                    # ein Objekt inter der Klasse Schnittstelle wird erzeugt
>>> inter.read()                           # Pin 2 abfragen
0
>>> inter.write(1)                         # auf Pin 1 wird eine 1 geschrieben
>>> inter.read()                           # Pin 2 abfragen
1
...
>>> inter.close()                          # die Schnittstelle wird geschlossen

Zeitliche Abfolge von Signalen

Außer der Spannung, die wir ausgeben, muss auch die Dauer kontrolliert werden können. Dazu nutzen wir die Funktion sleep aus dem Modul time. Das folgende Programm zeigt, die die Funktion sleep verwendet wird:

from time import sleep

print("Hallo")
sleep(3)
print("wie")
sleep(3)
print("geht's?")

Aufgabe 3

Schließe wieder eine LED an den Calliope an. Schreibe ein Programm, das die LED zum blinken bringt.