Funktionsweise des Busses (Hintergrundwissen für Lehrkräfte)
Die Abbildung zeigt den Aufbau einese Busses, an dem drei Calliope angeschlossen sind. Der Bus besteht aus einer Signalleitung und einer Masseleitung. Über Pin 1 kann ein Calliope die Signalleitung beeinflussen (senden). Pin 2 dient lediglich dazu, die Signalleitung zu beobachten (empfangen). Pin 2 beeinflusst die Signalleitung nicht.
Die Signalleitung kann im Zustand LOW oder im Zustand HIGH sein. Im Zustand LOW ist das Potential der Leitung 0 V, im Zustand HIGH 3,3 V. Bezugspunkt für die Messung des Potentials ist die Masseleitung.
In jedem Calliope ist ein Pull-down-Widerstand integriert, der Pin 1 (und damit auch die Signalleitung) auf LOW zieht. Wenn ein Calliope LOW sendet, konfiguriert er Pin 1 als Lese-Pin. Pin 1 beeinflusst die Signalleitung dann also nur noch über den integrierten Pull-up-Widerstand.
Wenn alle Calliope LOW senden (d.h.: Pin 1 als Lese-Pin konfiguriert haben), wird die Signalleitung nur noch von den Pull-up-Widerständen beeinflusst. Die Signalleitung ist dann also LOW. Die Stromstärke durch die Pull-down-Widerstände ist 0 (siehe folgende Abbildung).
Wenn ein Calliope HIGH sendet (siehe folgende Abbildung), konfiguriert er Pin 1 als Schreib-Pin und legt den Pin auf HIGH. Die Signalleitung ist also HIGH. Nun fließt durch jeden Pull-up-Widerstand ein Strom, dessen Stromstärke gerade so groß ist, dass über dem Pull-down-Widerstand eine Spannung von 3,3 V abfällt. Jeder Pull-up-Widerstand beträgt etwa 13 kΩ. Die Stromstärke durch einen Pull-up-Widerstand beträgt also etwa I = U/R = 3,3 V/13 kΩ = 0,25 mA.
Wenn mehrere Calliope HIGH senden (siehe folgende Abbildung), ist die Signalleitung weiterhin auf HIGH. Durch jeden Pull-up-Widerstand fließen weiterhin ca. 0,25 mA, so dass über jedem Pull-up-Widerstand eine Spannung von 3,3 V abfällt.
Das Verhalten des Busses kann als Schalttabelle dargestellt werden:
| Calliope 1 | Calliope 2 | Calliope 3 | Signalleitung |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Der Schaltterm ist $ Signalleitung = Calliope\_1 \vee Calliope\_2 \vee Calliope\_3 $. Deshalb nennt man die Funktionsweise des Busses auch wired-or (verdrahtestes oder).
