Д. ЗАХАРОВ, г. Прокопьевск Кемеровской обл.
Овладев управлением интерфейсными портами компьютера, радиолюбитель может подключать к ним различные сигнальные и исполнительные устройства и датчики, превращая компьютер в центр управления бытовой электроникой, системой охраны квартиры или в измерительный прибор. Наиболее привлекателен для начинающего параллельный порт LPT, исходно предназначенный для подключения к компьютеру принтера. Отсюда происходит и аббревиатура LPT - Line Printer Terminal (первые принтеры печатали информацию "line by line" - построчно). Позже область применения этого порта значительно расширилась, к нему стали подключать самые разные периферийные устройства. К сожалению, сегодня его (как, впрочем, и другие порты компьютера) постепенно вытесняет быстродействующая универсальная последовательная шина USB.
Разъем порта LPT на системном блоке компьютера - 25-контактная розетка DB-25F. На ее контакты можно подавать и снимать с них логические сигналы уровней, характерных для микросхем структуры ТТЛ. Логически низким считается напряжение 0...0,8 В, высоким - 2,4...5 В. Соединять выходные контакты разъема с общим проводом или с источником напряжения, не превышающего +5 В, рекомендуется только через резисторы сопротивлением не менее 300 Ом. Не допускается подавать как на входы, так и на выходы порта отрицательное напряжение или положительное более 5 В. Подключать к порту и отключать что-либо от него можно только при полностью отключенном от сети 220 В компьютере (сетевая вилка вынута из розетки). Если подключаемое устройство имеет сетевое питание, оно тоже должно быть физически отсоединено от сети.
Несоблюдение этих требований может иметь тяжелые последствия. Если расположенная внутри компьютера микросхема контроллера параллельного порта выйдет из строя, потребуется ремонт или замена материнской платы.
При включении компьютера его параллельный порт работает в режиме Centronics - простейшем и традиционном для этого порта с момента его появления в компьютерах. Иногда этот режим называют Simple Parallel Port (SPP). Более сложные режимы ЕРР и ЕСР используются, как правило, для скоростного обмена информацией с лазерными принтерами и сканерами. Мы их рассматривать не будем, потому что программирование работы с портом в таких режимах доступно лишь опытным программистам.
С точки зрения программы порт LPT в режиме Centronics представляет собой три восьмиразрядных регистра в пространстве ввода-вывода микропроцессора: регистр данных DR по адресу &Н378, регистр состояния принтера SR по адресу &Н379 и регистр управления принтером CR по адресу &Н37А. Указанные адреса относятся к порту LPT1, обычно единственному в компьютере. Если в нем имеются другие параллельные порты, им также отводят по три регистра с последовательными адресами. Например, регистры порта LPT2 обычно имеют адреса &Н278-&Н27А.
Входы и выходы регистров порта (правда, не все) соединены с контактами интерфейсного разъема, как показано на рис. 1.
Поэтому, записывая в эти регистры определенные коды, можно устанавливать соответствующие логические уровни напряжения на выходных контактах разъема, а читая коды из регистров, определять уровни поданных на входы внешних сигналов.
Работать с портом LPT можно практически в любой среде программирования и операционной системе. Наиболее доступными считаются среды Visual Basic и Delphi, причем во всем, что требуется для программирования порта, они весьма схожи. Нужно сказать, что современные многозадачные операционные системы (в том числе семейства Windows) не допускают прямых обращений из прикладных программ к портам компьютера. Это сделано для того, чтобы избежать конфликтов между одновременно выполняемыми программами, если они случайно обратятся к одному и тому же порту в один и тот же момент времени. Связь с портами возможна лишь через специальные программы-драйверы, автоматически выполняющие все, что необходимо для разрешения конфликтов. Программисту остается лишь написать несколько управляющих команд.
Мы будем использовать одну из самых популярных библиотек таких программ - Inpout32.dll второй версии, которую легко найти в Интернете. Она применима в различных средах программирования и операционных системах. Работая в Windows 98, файл lnpout32.dll необходимо скопировать в папку C:\Windows\system\, а в Windows ХР - в папку C:\Windows\system32\. Во многих случаях достаточно просто поместить этот файл в папку исполняемой программы. Для программирования в DOS дополнительные драйверы не нужны, достаточно предусмотренных в используемом языке программирования обычных команд ввода-вывода в порт.
Дальнейшее изложение относится к работе с параллельным портом в системе программирования Visual Basic 6.0 под управлением Windows ХР. Для ее освоения разработана простая программа. Ее проект, в том числе исполняемый фаил test.exe и файл главной (и единственной) формы Form1.frm приложены к статье. При запуске этой программы на экране монитора появится окно, показанное на рис. 2.
Нажимая в нем на экранные кнопки и вводя числа в соответствующие поля, можно устанавливать уровни напряжения на выходах порта и считывать состояние его входов (оно будет отображено числом в соответствующем поле). Библиотеку для работы с портом LPT "подключает" к программе фрагмент файла Form1.frm, показанный в таблице.
Прежде всего, разберем работу с регистром управления CR (напомним, его адрес - &Н37А). В рассматриваемом случае ее выполняет подпрограмма
Private Sub Command4_click()
out &H37A, Text2.Text
End Sub
При нажатии на экранную кнопку Command4 ("Отправить") она записывает в регистр по адресу &Н37А двоичный код, соответствующий десятичному числу, введенному в поле над этой кнопкой.
Для наглядности соберем и подключим к разъему LPT светодиодный узел по схеме, изображенной на рис. 3.
Введем в нужное поле число 4 (двоичное 00000100) и нажмем на кнопку "Отправить". После этого все четыре светодиода окажутся включенными. Дело в том, что разряды CR, CR и CR соединены с контактами разъема через инверторы, поэтому при записи 0 в эти разряды уровни на соответствующих им контактах стали высокими. Чтобы включить только светодиод HL3, нужно ввести число 15 (двоичное 00001111), а при вводе числа 11 (двоичное 0001011) все светодиоды будут выключены. Старшие разряды регистра управления (CR-CR) с контактами разъема не соединены, поэтому их состояние в данном случае никакого значения не имеет.
Чтобы изучить работу с регистром состояния SR, подключим к разъему порта узел, схема которого изображена на рис. 4.
При разомкнутых выключателях SA1-SA5 через резисторы R1-R5 на контакты разъема поступает напряжение высокого логического уровня. Его источником могут быть любой сетевой адаптер с выходным напряжением 5 В, батарея из трех гальванических элементов и даже один из выходов порта LPT, на котором описанным ранее способом установлен нужный уровень напряжения. Во многих компьютерах резисторы, по назначению аналогичные R1- R5, уже имеются, в установке внешних резисторов в таких случаях нет необходимости.
При нажатии на экранную кнопку "Принять" будет выполнена подпрограмма
Private Sub Command5_c1ick()
Text3.Text = Inp(&H379)
End Sub
Она выведет в поле над кнопкой число, отображающее содержимое регистра SR. Если все выключатели (рис. 4) разомкнуты, это будет 126 (двоичное 01111110), а если они замкнуты - 134 (10000110). Значения разрядов SR- SR соответствуют уровням, поданным на соответствующие контакты разъема, а значение разряда SR инверсно уровню на контакте 11. Так как младшие разряды SR-SR на разъем не выведены, их значения не зависят от поданных на его контакты сигналов.
Главный регистр порта - регистр данных DR по адресу &Н378. Именно через него печатаемая информация побайтно передается на принтер. Все восемь разрядов регистра соединены с контактами разъема, причем без инверторов. Эти восемь цепей часто объединяют названием "шина данных". В исходном состоянии она работает только на вывод. Однако почти во всех современных компьютерах имеется возможность переключить ее на параллельный ввод восьмиразрядных двоичных кодов. Для этого достаточно записать единицу в разряд CR регистра управления.
К сожалению, в режиме Centronics никакие сигналы о том, в каком направлении работает шина данных порта LPT, на его разъем не выводятся. Поэтому необходимо соблюдать особую осторожность и подавать на эту шину внешние сигналы, только удостоверившись, что ее программное переключение "на прием" выполнено. Иначе могут быть повреждены интерфейсные микросхемы как самого компьютера, так и подключенного к порту источника сигналов. Этот недостаток устранен в режимах ЕРР и ЕСР, где предусмотрен полный набор сигналов управления направлением передачи информации по шине данных параллельного порта.
В рассматриваемой тестовой программе с регистром данных работает подпрограмма
Private Sub Command3_Click()
Out &H378, Text1.Text
Text1.Text = Inp(&H378)
End Sub
При нажатии на экранную кнопку "OK" она записывает в регистр данных число из поля, находящегося над кнопкой, а затем читает содержимое регистра и отображает его в том же поле. Естественно, если регистр работает как выходной (на экране отмечен пункт "Передача"), число в поле остается прежним. Чтобы убедиться, что логические уровни на контактах 2-9 разъема порта в этом случае соответствуют введенному в поле вручную и записанному в регистр данных числу, подключите к разъему узел, аналогичный тому, схема которого показана на рис. 3, но с увеличенным до восьми числом светодиодов и резисторов.
Операцию переключения шины данных на ввод выполняет подпрограмма
Private Sub Option1_Click()
Out &H37A, 32
End Sub
Ее вызов происходит при нажатии на экранную кнопку с зависимой фиксацией "Прием". Кнопкой "Передача" вызывают аналогичную подпрограмму, отличающуюся лишь тем, что она записывает в регистр управления не 32 (двоичное 00100000), а ноль, возвращая таким образом шину данных в режим вывода.
Когда шина данных переведена в режим ввода, процедура Out в рассмотренной ранее подпрограмме, вызываемой при нажатии на кнопку "ОК", фактически не работает. Однако функция Inp возвращает значение, соответствующее уровням на выводах 2-9, установленных подключенными к ним внешними цепями. В виде десятичного числа оно появляется в поле над кнопкой "ОК". Задавать логические уровни на линиях шины данных можно с помощью узла, подобного использовавшемуся для работы с регистром состояния (рис. 4).
Чтобы не усложнять программу, отображение в поле ввода над кнопкой "Отправить" изменений состояния регистра управления с помощью кнопок "Прием" и "Передача" не предусмотрено.
Освоив приведенные в статье примеры, мы научились выводить через порт из компьютера 12 и выводить в него 5 логических сигналов либо (в другом режиме) выводить 4 и вводить 13 таких сигналов. Теперь можно разрабатывать гораздо более сложные программы и устройства, подключаемые через порт LPT к компьютеру.
От редакции. Упомянутые в статье и другие необходимые для работы с тестовой программой файлы находятся на нашем FTP-сервере по адресу ftp://ftp.radio.ru/pub/2007/09/testlpt.zip
Радио 2007 №9
На Хабре об управлении лампой через интернет, появилась идея управлять освещением дома с компьютера, а так как у меня уже настроено управление компьютером с сотового телефона, то это значит, что и светом можно будет управлять с того же телефона. После демонстрации статьи одному из моих коллег по работе, он сказал, что ему это как раз и нужно. Так как он часто за фильмами, которые смотрит на компьютере, засыпает. Компьютер через некоторое время после окончания фильма тоже засыпает и отключает монитор, а вот свет в комнате остается включённым. Т.е. было решено, что вещь это полезная, и я начал собирать информацию и детали для этого чуда.
Остальная информация под habracut (осторожно много картинок - трафик).
Но только с небольшим изменением: между 1-ым пином оптопары 4N25 и 2-ым пином LPT был добавлен резистор на 390 Ом, и еще добавлен светодиод для индикации включения. Схема была собрана в тестовом режиме, т.е. просто соединена проводами так как нужно и проверена. В этом варианте она просто включала и выключала старый советский фонарик.
Было решено, что если уже делать управление, то не для одного устройства, а минимум на 4 устройства (из расчёта: одна лампа на столе, люстра на два выключателя, запасная розетка). На данном этапе стало необходимо построение полной схемы устройства, начался выбор различных программ.
Были установлены:
На схеме использован порт DB9 т.е. обычный COM порт, это сделано из соображений экономии как места на плате, так и самих разъёмов (COM"вские у меня были), а так как мы будем использовать только 5 проводников, то этого нам хватит с запасом. Таким образом делаем еще и переходник с DB25 (LPT) на DB9 (COM), в моем случае делается он следующим образом:
LPT 2-9 pin = COM 1-8 pin - это управляющие пины данных;
LPT 18-25 pin (зачастую они соединены между собой) = COM 9 pin - это наша земля.
Так же в схеме используется дополнительное питание на 12В для питания реле, по плану это будет простое китайское зарядное или может быть крона на 9В (одно реле срабатывает нормально, надо проверить на 4 одновременно). Отдельное питание и гальваническая развязка с помощью оптопары используется для того чтобы обезопасить порт компьютера. При желании можно конечно запитаться от 12В блока питания компьютера, но это каждый делает сам и на свой страх и риск.
После добавления необходимых деталей началось само проектирование печатной платы. Проходило оно в несколько попыток, было их около пяти. Каждый вариант платы печатался на картоне прокалывались отверстия и в них вставлялись детали. Собственно так и было выяснено, что мой COM порт не совпадает с тем который был в SL5. Так же всплыла небольшая ошибка в схеме реле - реально корпус реле был сдвинут на 2-3 мм. Естественно все ошибки были исправлены.
На первом печатном варианте выяснилось еще и не правильное подключение транзистора, были перепутаны два контакта.
После всех исправлений и подгонок получилось плата следующего вида:
В SL5 есть функция «Фотовид» для просмотра платы, вот как она выглядит в нем:
На финальном варианте платы будут еще немного подправлены дорожки, а в остальном она выглядит так же.
В SL5 так же есть удобный вариант печати платы, можно скрывать не нужные слои и выбирать цвет печати каждого слоя, что очень пригодилось.
Вырезаем необходимого размера кусок текстолита.
Берем самую мелкую наждачку и аккуратно зачищаем медную поверхность.
После зачистки поверхности её необходимо промыть и обезжирить. Промывать можно водой, а обезжиривать ацетоном (в моем случае это был растворитель 646).
Далее печатаем на лазерном принтере на мелованной бумаге нашу плату, не забыв в принтере установить самую жирную печать (без экономии тонера). Этот вариант получился немного не удачным, так как размазался тонер, но другая попытка была в самый раз.
Теперь необходимо перенести рисунок с бумаги на текстолит. Для этого вырезаем рисунок и прикладываем его к текстолиту, стараемся его выровнять как нужно и после этого прогреваем утюгом. Необходимо тщательно прогреть всю поверхность, что бы тонер расплавился и прилип к медной поверхности. Потом даем плате немного остыть и идём мочить её под струей воды. Когда бумага достаточно хорошо промокнет её необходимо отделить от платы. На плате останется только прилипший тонер. Выглядит это так:
Далее необходимо подготовить раствор для травления. Я использовал для этого хлорное железо. На банке с хлорным железом написано, что раствор необходимо делать 1 к 3. Я немного отступил от этого и сделал 60 г хлорного железа на 240 г воды, т.е. получилось 1 к 4, не смотря на это травление платы происходило нормально, только немного медленнее. Обратите внимание на то, что процесс растворения сухого хлорного железа в воде идёт с выделением тепла, поэтому всыпать его в воду необходимо небольшими порциями и размешивать. Естественно для травления необходимо использовать не металлическую посуду, в моем случае это была пластиковая ёмкость (вроде от селёдки). У меня получился вот такой раствор:
Перед тем как опустить плату в раствор, я с помощью скотча приклеил к её обратной стороне леску, что бы было удобнее доставать и переворачивать плату. Если раствор попадет на руки надо быстро его смыть с мылом (мыло его нейтрализует), но пятна могут все равно остаться, все зависит от конкретных условий. Пятна с одежды вообще не выводятся, но мне повезло этого не проверить на себе. Погружать плату в раствор надо медью вниз и не всю плашмя, а под углом. Время от времени плату желательно очищать от отработки, так как она мешает дальнейшему травлению. Делать это можно при помощи ватных палочек.
Весь процесс травления у меня занял 45 минут, хватило бы и 40 минут, но я был просто занят ещё одним делом.
После травления промываем плату с мылом отрываем скотч с леской и получаем:
Внимание! Не выливайте раствор хлорного железа в раковину (канализацию) - это может повредить металлические детали раковины, да и вообще раствор может ещё пригодиться.
Далее нам необходимо смыть тонер, это успешно делается тем же растворителем 646, который использовался для обезжиривания (долгий контакт растворителя с кожей может её повредить).
Следующим шагом является сверление отверстий. У меня на плате предусмотрены были отверстия 1мм и 1.5 мм изначально, так как найти более тонких свёрл не удалось. Так же найти у нас в городе цанговый патрон для крепления его на электромоторчик не удалось, поэтому все делалось большой дрелью.
Первое устройство подошло
На первый раз я взял только два сверла, а при использовании такой дрели этого оказалось мало. Одно сверло сломалось, а второе погнулось. Все что я успел просверлить в первый день:
На следующий день я купил пять свёрл. И их как раз хватило, так как если они не ломаются (кстати из пятёрки сломал только одно), то тупятся, а при сверлении тупыми - портятся дорожки, медь начинает отслаиваться. После полного сверления платы получаем:
После сверления необходимо провести лужение платы. Для этого я использовал старый способ - паяльник, флюс ТАГС и олово. Хотелось попробовать с использованием сплава Розе, но его не найти у нас в городе.
После лужения получаем следующий результат:
Далее необходимо промыть плату для удаления остатков флюса, так как ТАГС водоотмывной, то делать это можно или водой или спиртом. Я сделал что-то среднее - отмывал старой водкой и протирал ватными палочками. После всех этих действий наша плата готова.
После монтажа деталей идём и подключаем устройство к компьютеру через LPT, для этого спаян переходник с DB25(LPT) на DB9(COM) в следующем виде:
А вот уже устройство работает:
На этом закончился ещё один вечер и монтаж остальных деталей был оставлен на следующий день.
А вот и уже полностью собранное устройство:
Ну и небольшое видео о том как это работает (качество не очень, не было чем снять нормально)
Вот и все, осталось только найти нормальный корпус для устройства и запускать его в дело.
Данная программка отправляет в LPT порт 0x0F = 00001111, т.е. подает 1 на 2-5 пины (Data0-Data3), а это и есть наше управляющее напряжение между 2-5 пинами и землей (18-25 пины), таким образом будут включаться все четыре реле. Точно так же действует программа для отправки 0x00 в порт для отключения, просто вместо x отправляется y - outb (y, BASE). Еще можно прочитать состояние порта:
#define BASEPORT 0x378 /* lp1 */
...
printf("статус: %d\n", inb(BASEPORT));
...
Единственный нюанс этой программки в том, что её необходимо выполнять от root, так как простому пользователю не доступна функция ioperm. Думаю, как решать такую проблему можно не рассказывать, каждый выберет более подходящий ему вариант.
В последствии программа была доработана так, что бы передавая ей параметры командной строки можно было указывать с каким устройством и что сделать.
Вывод «sw --help»:
Программа для управления реле через LPT порт.
У программы может быть один или два параметра.
Формат параметров: sw [номер устройства] [действие]
номер устройства - от 1 до 8
действие - "on", "off", "st" - включение, выключение, статус
Пример: "sw 2 on" для включения второго устройства или "sw --help" для вывода помощи
PS если кому понадобится, то потом могу где-нибудь выложить файл схемы платы в sl5 и исходник программки управления.
Скачать распиновку порта принтера:
IEEE 1284 (порт принтера, параллельный порт, англ. Line Print Terminal, LPT) - международный стандарт параллельного интерфейса
В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP).
Название «LPT» образовано от наименования стандартного устройства принтера «LPT1» (Line Printer Terminal или Line PrinTer) в операционных системах семейства MS-DOS. Интерфейс Centronics и стандарт IEEE 1284
Параллельный порт Centronics - порт, используемый с 1981 года в персональных компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств, разработан фирмой Centronics Data Computer Corporation; уже давно стал стандартом де-факто, хотя в действительности официально на данный момент он не стандартизирован.
Изначально этот порт был разработан только для симплексной (однонаправленной) передачи данных, так как предполагалось, что порт Centronics должен использоваться только для работы с принтером. Впоследствии разными фирмами были разработаны дуплексные расширения интерфейса (byte mode, EPP, ECP). Затем был принят международный стандарт IEEE 1284, описывающий как базовый интерфейс Centronics, так и все его расширения.
Кабельный 36-контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства (IEEE 1284-B)
25-контактный разъём DB-25, используемый как LPT-порт на персональных компьютерах (IEEE 1284-A)
Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-контактный 2-рядный разъём DB-25-female ("мама") (IEEE 1284-A). Не путать с аналогичным male-разъёмом ("папа"), который устанавливался на старых компьютерах и представляет собой 25-пиновый COM-порт.
На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный микроразъем ленточного типа Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C) .
Существуют также CC-кабеля с разъёмами MiniCentronics на обоих концах, предназначенные для подключения приборов в стандарте IEEE 1284-II, который применяется редко.
Длина соединительного кабеля не должна превышать 3 метров. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах. Изредка используются ленточные кабели.
Для подключения сканера, и некоторых других устройств используется кабель, у которого вместо разъема (IEEE 1284-B) установлен разъем DB-25-male. Обычно сканер оснащается вторым интерфейсом с разъемом DB-25-female (IEEE 1284-A) для подключения принтера (поскольку обычно компьютер оснащается только одним интерфейсом IEEE 1284).
Схемотехника сканера построена таким образом, чтобы при работе с принтером сканер прозрачно передавал данные с одного интерфейса на другой. Физический интерфейс
Базовый интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным интерфейсом, содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб, линии состояния устройства).
Данные передаются в одну сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным его назвать нельзя. Так, 4 обратные линии используются для контроля за состоянием устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для совместного очерёдного использования нескольких устройств требуется дополнительно применять селектор.
Скорость передачи данных может варьироваться и достигать 1,2 Мбит/с.
Стандартные шнуры провода кабеля Centronics IEEE 1284 Printer lpt:
Упрощённая таблица - схема сигналов интерфейса Centronics LPT - разъема
| Контакты DB-25 IEEE 1284-A |
Контакты Centronics IEEE 1284-B |
Обозначение | Примечание | Функция |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Strobe | Маркер цикла передачи (выход) | Управление Computer |
| 2 | 2 | Data Bit 1 | Сигнал 1 (выход) | Данные Computer |
| 3 | 3 | Data Bit 2 | Сигнал 2 (выход) | Данные Computer |
| 4 | 4 | Data Bit 3 | Сигнал 3 (выход) | Данные Computer |
| 5 | 5 | Data Bit 4 | Сигнал 4 (выход) | Данные Computer |
| 6 | 6 | Data Bit 5 | Сигнал 5 (выход) | Данные Computer |
| 7 | 7 | Data Bit 6 | Сигнал 6 (выход) | Данные Computer |
| 8 | 8 | Data Bit 7 | Сигнал 7 (выход) | Данные Computer |
| 9 | 9 | Data Bit 8 | Сигнал 8 (выход) | Данные Computer |
| 10 | 10 | Acknowledge | Готовность принять (вход) | Состояние Printer |
| 11 | 11 | Busy | Занят (вход) | Состояние Printer |
| 12 | 12 | Paper End | Нет бумаги (вход) | Состояние Printer |
| 13 | 13 | Select | Выбор (вход) | Состояние Printer |
| 14 | 14 | Auto Line Feed | Автоподача (выход) | Управление Computer |
| 15 | 32 | Error | Ошибка (вход) | Состояние Printer |
| 16 | 31 | Init | Инициализация (выход) Initialize Printer (prime-low) | Управление Computer |
| 17 | 36 | Select In | Управление печатью (выход) Select Input | Управление Computer |
| 18-25 | 16-17, 19-30 | GND | Общий | Земля |
Распайку порта Centronics IEEE 1284 Printer Cable lpt - com9 можно и в виде картинки-изображения
Компьютер обрабатывает сигналы параллельными потоками, поэтому ему легче «общаться» с параллельными, а не с последовательными внешними портами. В 1984 г. в составе IBM PC впервые появился параллельный порт. Задуман он был как средство подключения матричных принтеров, отсюда и название LPT - Line PrinTer или Line Printer Terminal. В дальнейшем для принтеров стали использовать быстродействующий интерфейс USB, а LPT-порт начал постепенно вытесняться из компьютерных спецификаций. Остряки сравнивают LPT с чемоданом без ручки - и выбросить жалко, и тащить невозможно. Тем не менее, «ветеран» ещё на многое способен, если, конечно, он присутствует в конкретном компьютере.
Разъём LPT-порта имеет 25 контактов. Нормой «де-факто» считается розетка DB-25F в компьютере и вилка DB-25M в ответном кабеле (Табл. 4.2). Нумерация контактов вилок и розеток зеркальная (Рис. 4.7, а, б).
Таблица 4.2. Раскладка сигналов в 25-контактном разъёме LPT-порта
|
Расшифровка |
Направление |
Вход/выход |
Вход/выход |
Подтверждение |
Готовность |
Нет бумаги |
Автоперенос |
Вход/выход |
Инициализация |
Вход/выход |
Выбор входа |
Вход/выход |
Рис. 4.7. Внешний вид спереди 25-контактных разъёмов LPT-порта: а) розетка DB-25F в компьютере; б) вилка DB-25M в соединительном кабеле.
Первоначально линии LPT-порта были однонаправленными SPP (Standard Parallel Port). Часть из них работала только на вход, часть - только на выход, что по набору сигналов и протоколу обмена соответствовало принтерному интерфейсу «Centronics». В 1994 г. был утверждён новый стандарт параллельного интерфейса IEEE 1284, предусматривающий двунаправленные линии и три режима работы: SPP, EPP (Enhanced Parallel Port), ECP (Extended Capabilities Port).
Уровни электрических сигналов LPT-порта совпадают с обычными «пятивольтовыми» логическими микросхемами. Раньше в компьютерах применялись буферные TTJl-микросхемы серии 74LSxx, позднее - КМОП-микросхемы и БИС, примерно эквивалентные серии 74ACxx. В последнем случае можно ориентировочно считать, что НИЗКИЙ уровень равен 0.1..0.2 В, а ВЫСОКИЙ - 4.5…4.9 В.
Стандартом регламентируется нагрузка 14 мА по каждому выходу при сохранении напряжения не менее +2.4 В ВЫСОКОГО и не более +0.4 В НИЗКОГО уровня. Однако в разных материнских платах выходные буферы LPT-порта могут иметь разную нагрузочную способность, в том числе и ниже стандарта («слабый» порт).
Требования к соединительным кабелям, подключаемым к LPT-порту:
Сигнальные провода должны быть свиты в пары с общим проводом GND;
Каждая пара должна иметь импеданс 56…68 Ом в диапазоне частот 4… 16 M Гц;
Если применяется плоский ленточный кабель, то сигнальные провода должны физически чередоваться с общим проводом GND (локальные экраны);
Уровень перекрёстных помех между сигналами не более 10%;
Кабель должен иметь экран, покрывающий не менее 85% внешней поверхности. На концах кабеля экран должен быть окольцован и соединён с «земляным» контактом разъёма;
В разъёме кабеля можно запаять на контакты 1…17 последовательные резисторы C2-23 (OMJIT-O.125) сопротивлением 100…300 Ом (Рис. 4.8). Это позволит защитить компьютер от случайных коротких замыканий в нагрузке и уменьшить высокочастотный «звон» на фронтах сигналов.
Рис. 4.8. Электрическая схема LPT-кабеля с «антизвонными» резисторами.
Схемы соединения MK с LPT-портом можно разделить на три группы:
Приём сигналов от компьютера (Рис. 4.9, а…з);
Передача сигналов в компьютер (Рис. 4.10, а…д);
Приём/передача сигналов одновременно (Рис. 4.11, a…e).
В схемах приняты некоторые упрощения. В качестве входного сигнала указывается в основном «DO», а в качестве выходного - «АСК», хотя могут быть и другие, перечисленные в Табл. 4.2. На каждом конкретном компьютере работоспособность самодельных схем необходимо проверять экспериментально, что связано с наличием «сильных» и «слабых» LPT-портов по нагрузочной способности.
Рис. 4.9. Схемы ввода сигналов из LPT-порта в MK (начало):
а) резистор R1 ограничивает входной ток. Элементы R2, C1 могут отсутствовать, но они уменьшают «звон» на фронтах сигналов при длинном кабеле;
б) буферный транзистор VT1 инвертирует сигнал. Диод VD1 не обязателен, но он защищает транзистор от ошибочной подачи большого отрицательного напряжения. Если не ставить резистор R2, то схема останется работоспособной, однако при отстыковке кабеля от LPT-порта возможны ложные срабатывания транзистора VT1 от внешних помех и наводок;
в) диод VD1 отсекает помехи и повышает порог срабатывания транзистора VT1. Резистор R1 надёжно закрываеттранзистор VT1 при НИЗКОМ уровне с LPT-порта;
г) буферный логический элемент DD1 имеет выход с открытым коллектором. Фронты сигналов формируются элементами R1, C1. Можно вместо инвертора DD1 поставить повторитель К155ЛП9, сделав соответствующие изменения в программе MK и компьютера;
д) триггер Шмитта DD1 (замена - К555ТЛ2) повышает помехоустойчивость. Чем меньше сопротивление резисторов R1, R2, тем больше крутизна фронтов сигнала. При отключённом кабеле от LPT-порта резистор R1 не даёт входу микросхемы DD1 «висеть в воздухе»;
е) последовательное включение двух логических элементов DD11, /)/)/.2увеличивает (восстанавливает) крутизну фронтов сигнала. Резистор R1 устраняет выбросы, «звон»;
Рис. 4.9. Схемы ввода сигналов из LPT-порта в MK (окончание):
ж) данные, поступающие от LPT-порта, предварительно помещаются в промежуточный регистр DD1. Запись производится при ВЫСОКОМ уровне на входе «С» микросхемы DD1, хранение - при НИЗКОМ. Такое решение устраняет помехи, поскольку в LPT-порт в зависимости от установленных в компьютере драйверов периодически могут выводиться случайные данные. Их устраняют программно, например, путём многократного считывания входного сигнала с линий MK;
з) буферизация LPT-порта мощными транзисторными ключами, находящимися в микросхеме DA1 фирмы Texas Instruments. Резисторы R1…R8 могут иметь в 10… 15 раз более низкие сопротивления, что позволяет подключить параллельно выходам микросхемы А4/другие узлы устройства.
Рис. 4.10. Схемы вывода сигналов из MK в LPT-порт (начало):
а) непосредственное подключение выхода MK без буферных элементов. Резисторы R1, R2 уменьшают отражение сигналов в линии. Кроме того, резистор R2 защищает выход MK от случайного короткого замыкания с цепью GND в проводах соединительного кабеля;
б) триггер Шмитта DD1 служит защитным буфером для MK при аварийной ситуации на выходе (короткое замыкание или подача большого напряжения);
в) микросхема DD1 имеет выход с открытым коллектором, что защищает её от короткого замыкания в проводах и разъёмах соединительного кабеля;
г) подача двух противофазных сигналов в компьютер. Цель - программная необходимость или организация дублирующего (контрольного) канала передачи данных;
д) опторазвязка на элементах HL1, BL1, которые применяются в компьютерных механических «мышах». Транзистор КГ/усиливает и инвертирует сигнал. Для нормальной работы устройства компьютер должен выставить ВЫСОКИЙ уровень на линии «D8».
Рис. 4.11. Комбинированные схемы ввода/вывода сигналов между MK и LPT-портом (начало):
а) если компьютер выставляет на линии «DO» ВЫСОКИЙ уровень, то MK в режиме выхода может генерировать сигнал «АСК» через резистор R1. Если MK переводится в режим входа, то компьютер может передавать ему данные по линии «DO» через диод VD1 при этом внутренний « pull-up» резистор MK формирует ВЫСОКИЙ уровень;
б) сигнал от LPT-порта вводится в MK через инвертор на транзисторе VT1 при этом компьютер должен выставить ВЫСОКИЙ уровень на линии «D2». Информация в MK вводится с линии «DO» через резистор R1 Высокое сопротивление резистора R1 физически развязывает входной и выходной каналы;
Рис. 4.11. Комбинированные схемы ввода/вывода сигналов между MK и LPT-портом (окончание):
б) сигнал от LPT-порта вводится в MK через инвертор на транзисторе VT1, при этом компьютер должен выставить НИЗКИЙ уровень на линии «DO». Информация в МК вводится через элементы R1, R3, VT2;
г) сигнал от LPT-порта вводится в MK через повторитель на транзисторе VT1, при этом компьютер должен выставить ВЫСОКИЙ уровень на линии «DO». Информация в MK вводится через повторитель на микросхеме DD1\
ж) сигналы «D0»…«D3» вводятся в MK при НИЗКОМ уровне на линии «INIT», при этом компьютер должен настроить линии «D4»…«D7» как входы. В настройках BIOS компьютера надо установить двунаправленный режим EPP или ЕСР для LPT-порта. Информация в компьютер из МК передаётся по линиям «D4»…«D7» при ВЫСОКОМ уровне на линии «INIT». Резистор R1 переводит выходы микросхемы DD1 в Z-состояние при отключённом кабеле от LPT-порта;
e) сигнал от MK в LPT-порт вводится через повторитель DD1.2, при этом компьютер должен выставить ВЫСОКИЙ уровень на линии «D2» и НИЗКИЙ уровень на линии «D5». Информация в MK вводится через повторитель DD1.1 при НИЗКОМ уровне налинии «D2». Стробирование сигналов по входам «Е1», «Е2» микросхемы DD1 повышает достоверность передачи данных.
Еще на заре появления первых компьютеров перед создателями стояла задача возможности подключения к ним разнообразных устройств. Особенно это стало актуальным тогда, когда компьютеры перестали занимать целые комнаты, а начали помещаться на столе, то есть стали персональными. Ведь компьютер - это не только средство для выполнения вычислений, но и устройство, пользователь которого может выполнять множество различных функций: распечатать текст или фотографии, управлять различными устройствами, воспроизводить фильмы и музыку, связаться с другими пользователями со всех уголков мира с помощью компьютерной сети. Все это становится возможным при подключении к компьютеру внешних устройств, которые называют общим словом периферия, с помощью специальных унифицированных разъемов, называемых портами.
Порты персонального компьютера (иначе их еще называют интерфейсы) - это специальные устройства, расположенные на материнской плате компьютера, либо дополнительные платы, подключаемые к ней, которые предназначены для передачи данных между компьютером и внешними устройствами (принтером, мышкой, монитором, веб-камерой и т. п.). Все порты условно можно разделить на 2 большие группы:
В данной статье мы рассмотрим один из видов внешнего порта, а именно LPT-port, его принцип работы, подключаемые устройства и современное применение.
Изначально LPT-port (его еще называют разрабатывался только для подключения к ПК принтеров, это отражено даже в его названии - Line Printer Terminal, построчный принтерный терминал. Но в дальнейшем этот интерфейс стал применяться и для подключения других устройств: сканеров, дисководов и даже компьютеров между собой.
LPT-port был разработан компанией Centronics, занимавшейся в 70-х годах прошлого века производством матричных принтеров. Но уже через 10 лет его стала использовать фирма IBM для подключения своих скоростных устройств. Дело дошло до того, что было несколько вариантов данного интерфейса от разных производителей периферии.
В первоначальной версии этот порт был однонаправленным, то есть мог передавать данные только в одном направлении: от компьютера к периферийному устройству. Но это ограничение вскоре перестало устраивать пользователей, так как на рынок массово начали выходить устройства с возможностью передачи данных в обоих направлениях. Для этого различные производители предлагали свои усовершенствования - двунаправленный, ECP, EPP и другие. Пока в 1994 году не был принят международный стандарт IEEE 1284.
LPT-порт называется параллельным потому, что передача данных с помощью него осуществляется по нескольким проводникам одновременно, то есть параллельно. Этот интерфейс имеет 8-битную шину для передачи данных, 5-битную шину передачи сигналов и 4-битную шину передачи состояния.
Ниже представлена схема контактов LPT-порта.
В простейшей конфигурации, чтобы реализовать принцип работы параллельного интерфейса, хватило бы только одиннадцати проводов, а именно: 1 провод на корпус (масса), 2 провода подтверждения и 8 проводов передачи данных. Но, по общепринятому стандарту IEEE 1284, каждый из восьми проводов передачи (2-9) данных имеет отдельное заземление.
Во время передачи данных оба устройства должны сообщать друг другу сведения о своем состоянии. Это реализуется с помощью контактов 18 и 35, на которые подается напряжение 0 В либо 5 В.
По проводнику 1 передается особый сигнал STROBE, сообщающий, что компьютер установил байт данных на линии и принтер может начинать печать.
По контакту 11 передается компьютеру сигнал BUSY, сообщающий, что устройство выполняет действие (занято), обрабатывая ту информацию, что находится в буфере.
По контактам 12-14 передаются сигналы, сообщающие контрольные сигналы о состоянии принтера и конфликтах в его оборудовании.
По проводнику 12 на ПК передается информация о том, что в принтере нет бумаги. Компьютер реагирует на это передачей сигналов по линиям SELECT и ERROR и останавливает печать.
По проводнику 13 на компьютер передается информация о состоянии принтера - включен и готов или выключен и не готов.
По контакту 14 принтеру передается сигнал об автоматическом переводе строки.
По контакту 31 (16) передается сигнал о переводе принтера в начальное состояние и очищается буфер данных, т. е. все данные стираются из памяти принтера.
По контакту 32 (15) передаются все сигналы об ошибках во время передачи данных. Сигналы, передаваемые по этой линии, влияют на все остальные контакты и могут остановить печать. Например, часто возникающая ошибка принтера - Time Out, возникающая, когда принтер занят однотипной работой с данными и не может передать на ПК через сигнал BUSY, что он не готов к получению новых данных. Через некоторое время по линии ERROR на компьютер передается ошибка Time Out и новые данные не передаются. Иначе, при отсутствии сигнала ERROR, происходила бы дальнейшая передача данных, что привело бы к зависанию всей системы.
По контакту 36 (17) передается информация о готовности принтера к работе, например после устранения ошибки.
Существует несколько режимов работы LPT-порта, которые позволяет использовать стандарт IEEE 1284:
Настройка LPT-порта происходит в два этапа: предварительная настройка аппаратных средств порта и текущее переключение режимов порта прикладным ПО.
Способ и возможности настройки LPT-порта зависят от его местоположения и вида исполнения. Порты, расположенные на картах расширения, обычно конфигурируются через перемычки на самих платах, а порты, размещенные напрямую на материнской плате компьютера, - через настройки BIOS.
Выборы режимов напрямую или через BIOS сами по себе не приводят к повышению скорости обмена данными между ПК и периферией, а служат для возможности выбора драйвером оптимального режима работы. Но драйверы современных устройств сами автоматически выставляют наиболее эффективные режимы работы параллельного порта, поэтому ручная настройка в большинстве случаев уже не требуется.
Раньше большинство производителей материнских плат размещали контроллеры LPT-port на своей продукции либо на задней панели платы. Был еще один вариант расположения. В некоторых случаях было удобно помещать контроллер на самой плате - коннекторе для подключения внешней LPT-port планки. Но с момента появления более скоростных интерфейсов для передачи данных материнских плат с распаянными LPT-портами становилось все меньше и меньше. Сейчас даже не у каждого производителя в ассортименте выпускаемой продукции имеются такие платы. И тогда на помощь приходят карты расширения, подключаемые к более современным интерфейсам:
Из-за способности параллельной передачи данных такого порта, в 70-х - 80-х годах он зарекомендовал себя одним из самых быстроработающих интерфейсов компьютера. Поэтому он использовался даже для соединения 2-х компьютеров между собой. Но эта же особенность накладывает и ограничение на максимальную длину кабеля из-за возникающих помех в соседних проводниках. Длина не может превышать 5 м, иначе искажения сигналов превышают допустимые для корректного распознавания данных.
C появлением более скоростных интерфейсов актуальность LPT-порта сошла на нет. Второе дыхание ему придали радиолюбители, которые используют его для управления собранными схемами (освещение в доме, светомузыка и другие устройства).
