Следует помнить, что даже при очень большой частоте оцифровки погрешность все равно будет из-за ограниченной разрядности ацп.

 

ПРОГРАММИРОВАНИЕ НЕСТАНДАРТНЫХ УСТРОЙСТВ

Интерфейсы компьютера

Дополнительные устройства к IBM-совместимому компьютеру могут подключаться через следующие интерфейсы:

Таблица 5.1. Интерфейсы компьютера

 

Интерфейс	Варианты	Передача данных	Шина или порт
ISA (Industry Standard Architecture)	ISA-8 ISA-16	параллельная, 8 или 16 разрядов	шина расширения
PCI (Peripheral Component Interconnect)	PCI 1.0 PCI 2.0 PCI 2.1 PCI 2.2 PCI-X 1.0 Mini-PCI PCI-X 2.0 PCI-Express AGP	параллельная, 32 или 64 разряда	шины расширения     порт
SCSI (Small Computer System Interface)	SCSI SCSI-2 SCSI-3	параллельная, 8 или 16 разрядов	шина периферийных устройств
IEEE 1394 FireWire		последовательная	шина периферийных устройств
USB (Universal Serial Bus)	USB 1.0 USB 1.1 USB 2.0	последовательная	шина периферийных устройств
COM он же RS-232C		последовательная	порт
LPT (Line PrinTer)		параллельная, 8 разрядов	порт

 

Примечание: термин «шина» означает, что интерфейс допускает подключение и работу одновременно нескольких устройств, «порт» допускает работу только одного устройства.

В таблице 5.1 приведены только основные стандартные, наиболее распространенные интерфейсы.

Выбор интерфейса для подключения нестандартного устройства выполняется по двум критериям: сложность конструкции устройства и сложность программирования.

Шины расширения (ISA и PCI) позволяют подключать устройства напрямую к системной плате. При этом устройство может претендовать на часть ресурсов компьютера (память, порты ввода-вывода, линии прерывания IRQ и каналы прямого доступа к памяти DMA). Такие устройства работают наиболее эффективно, используют все возможности компьютера. Однако, создание нестандартных устройств для шин расширения достаточно трудоемко главным образом из-за сложности спецификаций на эти шины. Для подключения устройств необходимо выключать компьютер и вскрывать корпус, кроме того, устройство должно находится внутри корпуса (не может быть на расстоянии).

Шины периферийных устройств позволяют подключать устройства на расстоянии с помощью кабеля, однако также имеют сложные спецификации. Кроме того, подключаемые устройства сложно программировать.

Устройства, подключаемые к COM-порту (он же RS-232C) несложны и относительно легко программируются. По этим причинам многие нестандартные устройства подключаются через RS-232C. Недостаток COM-порта – низкая скорость передачи данных.

LPT-порт (он же параллельный порт) разработан для подключения принтеров. Он обеспечивает крайнюю простоту подключаемых устройств и очень легкое их программирование. Недостаток LPT-порта – большой разъем, короткая длина кабеля (до 3 м) и большое количество проводников в кабеле.

Если необходимо управлять каким-либо несложным устройством с помощью компьютера, то наибольшую легкость подключения и простоту программирования обеспечивает LPT-порт.

 

Параллельный порт LPT

 

5.2.1. Общие сведения

Аппаратные средства «классического» стандартного LPT-порта позволяют программным способом реализовать протокол передачи данных Centronics (здесь не рассматривается). Адаптер параллельного интерфейса представляет собой набор регистров, расположенных в пространстве ввода-вывода. Регистры порта адресуются относительно базового адреса порта, стандартными значения­ми которого являются ЗВСЬ, 378h и 278h (в 16-ричной системе счисления). С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов. В LPT-порте используются логические уровни ТТЛ, что ограничивает допустимую длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует — схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Стандартный порт ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные. Существуют различные модификации LPT-порта — двунаправ­ленный; ЕРР, ЕСР и др., расширяющие его функциональные возможности, по­вышающие производительность и снижающие нагрузку на процессор. К LPT-портам подключают принтеры, плоттеры, сканеры, коммуникацион­ные устройства и устройства хранения данных, а также нестандартные устройства. Устройства, подключаемые к LPT-порту могут иметь три вида разъемов (рис. 5.1).

 

 

 

Рис. 5.1. Разъемы параллельного порта

 

5.2.2. Стандартный параллельный порт

Традиционный, он же стандартный, LPT-порт называется SPP (Standard Parallel Port) и является однонаправленным портом. Однако на современных компьютерах он усовершенствован и является двунаправленным, т.е. через него можно как вводить данные, так и выводить.

 

Таблица 5.2. Разъем стандартного LPT-порта

Контакт разъема	№ провода в кабеле	Ввод/вывод	Назначение	Название
		вывод	CR0 (инверт.)	Strobe
		вывод	DR0	Data 0
		вывод	DR1	Data 1
		вывод	DR2	Data 2
		вывод	DR3	Data 3
		вывод	DR4	Data 4
		вывод	DR5	Data 5
		вывод	DR6	Data 6
		вывод	DR7	Data 7
		ввод	SR6	Ack
		ввод	SR7 (инверт.)	Busy
		ввод	SR5	PaperEnd
		ввод	SR4	Select
		вывод	CR1 (инверт.)	Auto LF
		ввод	SR3	Error
		вывод	CR2	Init
		вывод	CR3 (инверт.)	Select In
18-25, корпус	10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26		земля	GND

Примечания:

1. Уровни сигналов порта соответствуют уровням сигналов ТТЛ-логики, а именно: лог.0 = 0,2 В, лог.1 = 5 В;

2. Напряжением считается разность потенциалов между контактом разъема и корпусом разъема (GND);

3. Некоторые сигналы порта инвертированные (таблица 5.2). Это означает, что при установке соответствующего разряда в лог.0 на выходе появится уровень 5 В (а не 0,2 В) и наоборот;

4. Вход Ack (SR6) соединен резистором 10 кОм с питанием +5 В.

Порт SPP содержит три 8-битных регистра (порта ввода-вывода), расположенных по соседним адресам в пространстве ввода-вывода, начиная с базового адреса порта BASE (рис. 5.2). На большинстве компьютеров базовый адрес BASE = 378h, но может быть также 3BCh или 278h.

 

 

Рис. 5.2. Упрощенное устройство параллельного порта

 

Регистр данных (Data Register, DR) расположен по базовому (BASE) адресу. Данные, записанные в этот регистр, выводятся на выходные линии интерфейса, т.е. на разъем (рис. 5.2).

Регистр состояния (Status Register, SR) представляет собой 5-битный порт ввода сигналов (биты SR4-SR7), адрес BASE+1. Бит SR7 инверсный. Регистр также содержит бит SR2 для служебных надобностей порта, однако на разъем он не выведен. Биты SR0 и SR1 не используются.

Регистр управления (Control Register, CR) расположен по адресу BASE+2. Этот 4-битный порт допускает и запись и чтение. Биты CR0, CR1, CR3 инверсные. Биты CR4 и CR5 используются портом для служебных целей, на разъем они не выведены. Биты CR6 и CR7 не используются.

Особо необходимо отметить роль служебного бита CR5. На усовершенствованных портах SPP он играет роль переключателя направления передачи регистра данных – на ввод или на вывод. Запись 1 в этот бит переключает регистр данных в состояние ввода, запись 0 – в состояние вывода. При чтении бита CR5 его состояние не определено.

5.2.3. Режимы EPP и ECP

Стандартный параллельный порт SPP имеет существенный недостаток – недостаточную скорость передачи данных для современных моделей лазерных принтеров и сканеров. В двунаправленном режиме скорость составляет не более 150 Кбайт/с при полной загрузке процессора. Поэтому позднее были разработаны усовершенствованные режимы параллельного порта – EPP (Enchanced Parallel Port, улучшенный параллельный порт) и ECP (Extended Capability Port, порт с расширенными возможностями), позволяющие существенно увеличить пропускную способность порта, а также разгрузить процессор компьютера от рутинных операций ввода-вывода. Однако чтобы использовать возможности режимов EPP и ECP необходимо, чтобы данные режимы поддерживал как порт компьютера, так и устройство, подключаемое к порту. На практике данные режимы необходимы только принтерам и сканерам, так как им приходится передавать очень большие объемы графической информации. Для нестандартных устройств, подключаемых к параллельному порту эти режимы не нужны, поэтому они здесь подробно не рассматриваются.

Режимы EPP и ECP дополняют порт несколькими новыми регистрами, но не заменяют исходные регистры SPP (регистры данных, состояния, управления). Поэтому режимы EPP и ECP полностью совместимы с режимом SPP.

На современных компьютерах порт может быть переключен в любой из режимов в базовых настройках компьютера (BIOS Setup).