Конспект содержит материалы, излагаемые в лекционном курсе, с необходимыми рисунками и схемами

Сопряжение с ПЭВМ через параллельный интерфейс Centronics (IEEE1284) [15]

Каждый персональный компьютер имеет, по крайней мере, один разъем параллельного интерфейса (99% компьютеров имеют только один параллельный порт). Обычно к нему подключен принтер. Поэтому при проектировании УС через параллельный порт нужно учитывать, что придется обойтись без принтера, либо использовать специальное устройство – коммутатор, позволяющий подключать к одному параллельному порту несколько устройств. Имеется также ограничение на длину кабеля, соединяющего УС с компьютером – не более 1,5...2 м. Кроме того, интерфейс Сentronics позволяет сравнительно небольшие скорости обмена информацией, зависящие от быстродействия компьютера (по стандарту для порта SPP – Single Parallel Port, простой параллельный порт, скорость обмена до 600 кбит/с, для порта EPP – Enchanced Parallel Port, расширенный параллельный порт – до 2 Мбит/с). Еще одна особенность – отсутствие на разъеме порта шин питания, что вынуждает использовать независимый источник. Несмотря на все эти ограничения, интерфейс Centronics имеет ряд достоинств. Во-первых, он есть на каждом компьютере и везде работает одинаково. Во-вторых, интерфейсная часть УС максимально проста по сравнению с другими способами подключения. Программирование интерфейса Centronics является чрезвычайно простым даже при использовании языков высокого уровня. Поэтому интерфейс Centronics удобен для подключения простых устройств, не требующих высокой скорости обмена информацией.

Как уже говорилось, интерфейс Centronics предназначен для подключения принтера, поэтому все его сигнальные линии спроектированы, исходя из этого. При подключении нестандартных устройств разработчик использует эти сигналы произвольно и располагает следующими ресурсами:
– восьмиразрядная шина данных для вывода информации из компьютера на внешнее устройство (сигналы D0...D7, контакты разъема 2…9);
– четырехразрядная шина управления для тех же целей (сигналы –STROBE, –AUTO FD, –INIT, –SLCT IN, контакты разъема соответственно 1, 14, 16, 17);
– пятиразрядная шина состояния для ввода информации от внешнего устройства в компьютер (сигналы –ACK, BUSY, PE, SLCT, –ERROR, контакты разъема соответственно 10, 11, 12, 13, 15);
– шина "земли" (контакты разъема 18…25).
Часть сигналов приведена со знаком минус, это значит, что высокий уровень сигнала означает логический «0».
Сигнальные линии выведены на 25-контактную розетку типа DB-25S (рис. 66).

Рис. 66. Розетка параллельного порта компьютера

Если используется компьютер с процессором 80386 и выше, то часто возможно использование режима ЕРР (выше перечислены ресурсы для режима SPP), при этом шину данных можно использовать как для вывода, так и для ввода информации.

Стандарт IEEE1284 предусматривает также режим ECP (Extended Capability Port, порт с расширенными возможностями) двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратного сжатия данных.
Все эти сигналы обслуживаются программно. Как видно, информация для ввода в компьютер ограничивается пятью разрядами, поэтому для увеличения разрядности необходимо принимать особые меры.
Скорость обмена данными по интерфейсу Centronics до 600 кбит/с (SPP) или до 2 Мбит/с (EPP).
Проиллюстрируем, как наиболее просто подключить к компьютеру какое либо устройство через интерфейс Centronics. На рис. 67 показана схема интерфейсной части простейшего УС. Сигналы с шины данных (D0...D7) выводятся на регистр КР1533ИР35, служащий для фиксации данных и формирования начального сигнала на своем выходе (восемь логических нулей). Сигнал STROBE с шины управления служит для стробирования записи данных в регистр (т. е. при каждой подаче логического нуля на вход C регистра происходит считывание и запоминание сигналов с шины данных), сигнал INIT с шины управления – для сброса регистра в начальное состояние (т. е. при его установке в низкий уровень на выходе регистра устанавливаются логические нули). Буфер КР1533ЛН2 в принципе не обязателен и используется, когда выходные токи регистра недостаточны для операционной части УС. Без регистра также можно обойтись, так как порт сам фиксирует последний поступивший байт на выходе, однако при использовании регистра можно свободно подключать и отключать нагрузку без выключения компьютера.



Рис.67. Интерфейсная часть УС

Если пятиразрядной шины состояния недостаточно, можно использовать мультиплексор, например КР1533КП11, как показано на рис. 68. Восьмиразрядный код подается на входы мультиплексора А0...А3 и В0...В3. Мультиплексор преобразует восемь линий в четыре, что выполняется в две фазы – ввод младшей тетрады и ввод старшей тетрады. Для переключения мультиплексора используется свободный сигнал шины управления, например SLCT IN. Один сигнал шины состояния (BUSY) в этом случае остается свободным.

Рис. 68. Мультиплексирование сигнала на шине состояния

Устройство, использующее подобный интерфейс, может работать, например, следующим образом. Какой либо параметр управляемого компьютером процесса преобразуется в цифровую форму и подается на шину состояния. Компьютер обрабатывает сигнал и формирует выходной код, который выводится на шину данных. К выходам регистра через буферы подключены цепи управления исполнительными устройствами, изменяющие ход управляемого процесса. Цифровой сигнал, поступающий на шину состояния вовсе не обязательно должен получаться оцифровкой аналогового сигнала. Известно, что уровню логической единицы в ЭВМ соответствует примерно +5В, поэтому для появления единицы или нуля на одной из линий шины состояния требуется замыкать или размыкать переключатель, соединяющий линию с источником питания +5В. (аналогично подключению к микроконтроллеру, как показано на рис. 19, б, в). Переключатели могут формировать как один общий цифровой сигнал, так и работать независимо друг от друга. При независимой работе переключателей схема на рис. 1 может осуществлять контроль пяти параметров процесса, изменяющихся по принципу "да – нет".

При использовании стандарта ЕРР можно переключать 8 разрядов данных с передачи на прием информации. В этом случае вместо регистра используют шинный приемопередатчик (рис. 69), например КР1533АП6. Сигнал STROBE служит для изменения направления передачи информации.



Рис.69. Устройство для обмена данными при использовании ЕРР

Для записи 8-битного числа в буферный регистр схемы на рис. 69, необходимо записать его в регистр данных параллельного порта, затем записать в регистр управления любое число, имеющее в соответствующем разряде единицу (соответствующем выводу C выбранного буферного регистра) и затем в него же ноль.

Для переключения регистра данных с передачи на прием (стандарт ЕРР) в пятый разряд регистра управления записывают логическую единицу.
Для программирования обмена информацией можно использовать язык низкого уровня (Assembler), либо язык высокого уровня, позволяющий работать на низком уровне (C, BASIC). При этом ввод информации с внешнего устройства заключается в чтении состояния порта шины состояния, вывод – в записи в порт шины данных. Адреса регистров порта (в шестнадцатеричной нотации) распределяются следующим образом:
регистр данных – 378h; 
регистр состояния – 379h;
регистр управления – 37Ah.
Это верно для большинства компьютеров, однако иногда адреса могут отличаться. Для их определения лучше программно считывать данные BIOS.
При работе с широко распространенным языком Pascal можно использовать массивы Port. Например, для вывода на порт битовой комбинации 01010101 (в десятичной нотации 85) можно записать: