5.5.3. Параллельный порт lpt
Параллельный LPT-порт изначально использовался для подключения принтеров, что и явилось причиной появления обозначения LPT. Его используют для подключения принтеров построчной и постраничной печати, сканеров, плоттеров, коммуникационных устройств, устройств хранения данных и электронных ключей. В настоящее время порт LPT считается устаревшим, но всё ещё разрешён к применению.
Аппаратно порт представляет собой набор регистров (рис. 5.20) ввода-вывода: регистр данных (DataRegister), регистр стауса (StatusRegister) и регистр управления (ControlRegister), адресующихся относительно базового (BASE) адреса порта, стандартными значениями которого являются 3BCh, 378h и 278h. Начала регистров статуса и управления сдвинуты относительно BASE-адреса на 1 и 2 байта соответственно.
Рис. 5.20. Базовый порт LPT (символ "\" означает инверсию сигнала)
С внешней части порт имеет 8-битную шину данных Data0 – Data7, 5-битную шину сигналов состояния SR3 – SR7 и 4-битную шину сигналов управления CR0 – CR3, выведенные на розетку разъёма DB-25S. Выводы шин статуса и управления имеют следующее назначение:
SR3 – сигнал ошибки (низкий уровень соответствует любой ошибке принтера);
SR4 – сигнал включения принтера (высокий уровень – принтер включён);
SR5 – конец бумаги (высокий потенциал соответствует окончанию бумаги);
SR6 – создание запроса на прерывание (отрицательный перепад сигнала);
SR7 – сигнал "Занят" (низкий уровень разрешает передачу очередного байта);
CR0 – стробирование выходных данных (выделение короткого интервала времени для передачи данных данных
CR1 – сигнал автоматического перевода строки по приёму символа "возврат каретки" (низкий уровень – автоматический перевод включён);
CR2 – сигнал аппаратного сброса принтера по получению низкого потенциала;
CR3 – разрешение работы принтера по интерфейсу Centronix.
Порт может использовать линию запроса аппаратного прерывания IRQ7 или IRQ5. На уровне BIOS порт имеет поддержку поиском установленных портов во время теста POST и сервиса печати Int 17h.
Позднее появились расширения порта: двунаправленный параллельный порт, порт с прямым доступом к памяти, порт Fast Centronix с аппаратной реализацией протокола Centronix. Позднее появились другие модификации LPT-порта. В связи с тем, что LPT-порт устарел, в настоящем пособии подробно он не рассматривается.
5.5.4. USB-порт
Порт USB в настоящее время является наиболее перспективным портом, несмотря на ряд недостатков по сравнению с Com-портом. Его удобство и производительность делают его привлекательным для разработчиков вычислительной техники. Физический уровень USB-системы обмена данными включает в себя два управляющих устройства, которые называются драйверами, и среду передачи данных (кабель или радиолинию). В паре драйверов один является ведущим (Downstream), а второй ведомым (Upstream). Эти драйверы имеют разную структуру, которая будет описана ниже.
Интересна возможность подключения и отключения внешних устройств во время работы компьютера. Заслуживает внимания и поддержка размножения USB-порта с помощью USB-хабов. При этом образуется древовидная иерархическая структура портов (рис. 5.21).
Уровень хоста
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
. . . . . . . . .
Рис. 5.21. Древовидная система USB-портов
На верхнем уровне иерархии находится корневой HUB, который порождает 4 USB-порта первого уровня. Один из этих портов можно использовать для подключения USB-хаба 1 уровня USB Hub 1. Этот хаб порождает четыре USB-порта 2 уровня, один из которых можно использовать для подключения USB-хаба 2 уровня USB Hub 2. Процесс размножения порта можно продолжать далее.
USB-Hub представляет собой концентратор с одним портом и драйвером Upstream и четырьмя портами и драйверами Downstream. Драйвер Upstream служит для подключения USB-хаба к вышестоящему по иерархии хабу. К драйверам Downstream подключаются оконечные устройства (функции по терминологии USB) или они образуют USB-порты.
Схема драйвера Downstream показана на рис. 5.22. Драйвер состоит из передатчика, управляющего контроллера, который одновременно является приёмником, и источника питания Е1, который чрез резистор R1 подключён к линии Vbus, питающей подключаемые к драйверу устройства.
Рис. 5.22. Схема USB драйвера Downstream.
Передатчик драйвера образует источник напряжения Е2 и электронные переключатели S1 и S3. Передатчик с помощью переключателей S1.1 и S1.2 создаёт в линиях D+ и D– двуполярные импульсы, которые передают логические нули. Передаче нуля соответствует переключение полярности. При передаче единицы полярность сигнала не меняется. Такой метод кодирования называется NRZI-кодирование. Этот метод реализуется блоком NRZI coder, построенном на обычном JK-триггере. При передаче логического нуля происходит перепад напряжения между линиями D+ и D–, по которому создаётся внутренний синхроимпульс, который выделяется Decoder'ом ведомого драйвера. Декодер создаёт два сигнала: синхронизации sync и поступления данных data in. Входом приёмника являются выводы Line D+ и Line D–.
Управление процессом обмена данным осуществляется контроллером, который создаёт сигналы управления:
ОЕ – останов передачи, разомкнуть контакты ключа S2;
SEO – замкнуть линии D+ и D– на общий провод;
FLS/LS – выбор скорости передачи (низкая Low или полная Full).
Сигналы управления воздействуют на ключи и переключатели через усилители У1 – У4. В приёмной линии стоит операционный усилитель Dif с дифференциальным входом. Сигналы, пришедшие по линии D+ и D–, усиливаются усилителями DL+ и DL–.
Драйвер Upstream несколько отличается от драйвера Downstream:
отсутствует источник питания Е1;
у драйвера высокой скорости линия D+, а у драйвера низкой скорости линия D– через резистор 1,5К соединена с источником питания 3,0 – 3,6 В.
Следует иметь в виду, что технология обмена данными USB имеет множество спецификаций USB v.1.1, USB v.2.0, USB v.3.0, USB OTG v.1.0 и v.1.3 (расширенные) и Wireless USB v.1.0 и v.1.3 (беспроводные).