PC機打印口與便攜式數據采集系統接口設計
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摘要：介紹了PC機打印口與外設的接口設計方法，巧妙地解決了打印口對大容量存儲器的數據讀取問題，并利用雙端口RAM在板存儲技術，設計了基于PC機打印口的便攜式數據采集系統。文章闡述了系統的硬件設計及其軟件實現方法。</P><P> 關鍵詞：并行打印口；數據采集；雙端口RAM；接口</P><P> 1．引言</P><P> 數據采集系統在工業測控以及試驗室研究方面的應用非常廣泛，隨著科學技術的發展，數據采集技術被普遍認為是現代科學研究和技術發展的一個重要方面。數據采集系統正向著高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發展。由于計算機技術的高速發展，基于個人計算機控制的數據采集系統在很多場合（如野外、工業現場數據樣本采集等）也具有較強的優勢。為適應計算機處理的需要，這樣的數據采集系統往往應有與計算機通訊的接口。</P><P> 本文介紹的便攜式數據采集系統采用微機的并行打印口實現與計算機之間的通訊。該系統可以獨立地完成數據采集任務，即做為便攜式數據采集系統使用；亦可以通過打印口與計算機連接，在無須開箱的情況下完成大量、連續的數據采集任務。</P><P> 2．便攜式數據采集系統的組成原理<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200383115351791411.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200383115351791411.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 根據需求，我們設計的便攜式數據采集系統的組成框圖如圖1所示，該系統包括單片機子系統、雙端口RAM、模數轉換器、信號調理電路、計算機接口和多路模擬開關。其中單片機子系統是數據采集系統的核心部分，它可以由主機通過接口啟動工作，也可以獨立工作。其完成數據采集的工作過程是：通過多路模擬開關選通被采樣信號，啟動模數轉換器進行模數轉換，轉換完成后將轉換結果存入雙端口RAM。</P><P> 當系統做為獨立的數據采集系統使用時，采樣結果存放在雙端口RAM內，完成采集任務后，可通過計算機接口將存放的數據送入計算機作進一步處理。此時采樣得到的數據量受到雙端口RAM容量的限制。若系統在進行數據采集時與計算機相連，則可以進行長時間的采樣任務。便攜式數據采集系統與微型機（一般PC或筆記本電腦）配合可以實現野外或工作現場的長時間數據采集。</P><P> 關于單片機子系統對模數轉換、存儲的控制以及雙端口RAM的設計可參見文獻[4]。本文著重介紹計算機接口的設計。考慮到在板存儲容量問題，這里選用的雙端口RAM為IDT7008S25，它是一種高速（讀寫速度為25ns）64k×8靜態RAM（該器件可在北京瑞赤領新科技電子有限公司購實）。</P><P> 3．接口電路設計</P><P> 3．1 PC機打印口簡介</P><P> 在計算機的標準外設中，并行打印口是使用非常方便，且易于擴展的I/O口。標準的PC機打印口由一個25芯的D-Shell連接器提供TTL輸入和輸出信號。共占用PC機的3個I/O地址，對于LPT1，其口地址及其各位的定義如表1所列。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200383115352594454.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200383115352594454.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> <BR> 由表1可見，打印口有12條輸出線和5條輸入線可以使用，它們決定了接口時的選址能力和讀入數據的形式。對8位或者更高位數據的讀入，可以使用74LS157等數據選擇器將其分成4位一組后分別讀入。值得一提的是，379H的第7位（BUSY）在接口電路中是從連接器經過反相之后接到連接器的1、14、17腳上的，這在讀取數據和送出數據時應該注意。</P><P> 另外，為防止高頻信號的不穩定性對數據傳輸的影響，可以采取以下措施：</P><P> (1)在程序中插入適當的延遲。信號的高速變化可能會導致數據讀取錯誤，插入適當的延遲后，可以使信號達到穩定。在使用較長的連接線時，這是非常需要的，如果使用只有幾十厘米的連接線，可以不采用插入延遲的方法；</P><P> (2)增加濾波電容。在打印口的I/O線與連接器之間加入濾波電容，可以提高傳輸的可靠性。</P><P> 3．2接口電路設計</P><P> 接口電路設計主要是實現地址選通和數據讀入。要實現大容量存儲器內數據的讀取，首先需要提供足夠位數的地址線，然后是相應寬度的數據傳輸線。而打印口只有12條輸出線和5條輸入線可以使用，前面已經提到了實現8位甚至更高位數并行數據的讀取方法。若直接用打印口的12條輸出線做為地址線，則最多只能達到的尋址能力，因而非常有限，而且這12條輸出線中應該有提供其它用途（如片選、交互信息發送）的信號，因此應該采取其它方法來實現大容量存儲器的數據讀取。</P><P> 眾所周知，為了減少管腳，一般都采用數據線與地址線共用管腳的措施，用時序控制其所要完成的任務。由此得到啟發，我們可以將地址選通信號分時送出、同時選通。當然，打印口的管腳的輸入、輸出性質是確定的，不可能既作數據輸入線，又作地址線。但我們可采取變通的方法，將多位地址選通信號以8位為單位送出，選送出的用地址鎖存器進行鎖存。這樣，打印口就有4條輸出線可作其他用途。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200383115353233826.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200383115353233826.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 根據以上設計思想，我們所設計的接口電路的原理圖如圖2所示。圖中打印口的I/O口378H的8位輸出信號用于傳送地址選通信號，37AH的4位輸出信號用作控制信號。379H是唯一的一個輸入口，且只有5位是可以使用的，除去4位作為數據讀取外，還有一位可用于接收單片機所傳遞的信息。</P><P> 利用37AH的信號可作為74LS157的高、低4位數據的選擇控制開關，從而實現8位數據的讀入。</P><P> 用74LS273可以鎖存高8位地址，其鎖存控制信號由37AH的 管腳提供，從而實現了64k存儲器的地址選通。利用這種方法，還可以實現存儲空間的尋址，而如果采用移位寄存器提供地址鎖存信號，則可以實現更大存儲空間的尋址。</P><P> 另外，利用37AH的管腳和379H的管腳與單片機進行信息交互，可使單片機執行不同的和序，亦可接收單片機發出的信息（主要將是否完成數據采集任務通知主機）。</P><P> 4．接口軟件設計</P><P> 接口軟件設計的核心部分是實現數據的讀取，這就需要進行地址選通和數據讀入。</P><P> 以下是選通地址的過程（C語言）： </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200383115354127234.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200383115354127234.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 5．結束語</P><P> 采用基于PC機代印口的接口設計數據采集系統，在使用上非常方便；利用基于雙端口RAM的在板存儲技術可使數據采集系統獨立工作并能進行事后處理。該系統在實際使用中取得了良好的效果，而且非常易于擴展，首先是存儲器容量可以成倍增加，其次是可以實現更寬位數的數據讀入。<BR>
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