PC機(jī)打印口與便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)
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摘要：介紹了PC機(jī)打印口與外設(shè)的接口設(shè)計(jì)方法，巧妙地解決了打印口對(duì)大容量存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀取問(wèn)題，并利用雙端口RAM在板存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于PC機(jī)打印口的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。文章闡述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其軟件實(shí)現(xiàn)方法。</P><P> 關(guān)鍵詞：并行打印口；數(shù)據(jù)采集；雙端口RAM；接口</P><P> 1．引言</P><P> 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工業(yè)測(cè)控以及試驗(yàn)室研究方面的應(yīng)用非常廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)被普遍認(rèn)為是現(xiàn)代科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正向著高精度、高速度、穩(wěn)定可靠和集成化的方向發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在很多場(chǎng)合（如野外、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)樣本采集等）也具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。為適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理的需要，這樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往應(yīng)有與計(jì)算機(jī)通訊的接口。</P><P> 本文介紹的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用微機(jī)的并行打印口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)之間的通訊。該系統(tǒng)可以獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，即做為便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用；亦可以通過(guò)打印口與計(jì)算機(jī)連接，在無(wú)須開(kāi)箱的情況下完成大量、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。</P><P> 2．便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(jù)需求，我們?cè)O(shè)計(jì)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括單片機(jī)子系統(tǒng)、雙端口RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路、計(jì)算機(jī)接口和多路模擬開(kāi)關(guān)。其中單片機(jī)子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部分，它可以由主機(jī)通過(guò)接口啟動(dòng)工作，也可以獨(dú)立工作。其完成數(shù)據(jù)采集的工作過(guò)程是：通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)選通被采樣信號(hào)，啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入雙端口RAM。</P><P> 當(dāng)系統(tǒng)做為獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用時(shí)，采樣結(jié)果存放在雙端口RAM內(nèi)，完成采集任務(wù)后，可通過(guò)計(jì)算機(jī)接口將存放的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理。此時(shí)采樣得到的數(shù)據(jù)量受到雙端口RAM容量的限制。若系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)與計(jì)算機(jī)相連，則可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的采樣任務(wù)。便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與微型機(jī)（一般PC或筆記本電腦）配合可以實(shí)現(xiàn)野外或工作現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集。</P><P> 關(guān)于單片機(jī)子系統(tǒng)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的控制以及雙端口RAM的設(shè)計(jì)可參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。本文著重介紹計(jì)算機(jī)接口的設(shè)計(jì)。考慮到在板存儲(chǔ)容量問(wèn)題，這里選用的雙端口RAM為IDT7008S25，它是一種高速（讀寫(xiě)速度為25ns）64k×8靜態(tài)RAM（該器件可在北京瑞赤領(lǐng)新科技電子有限公司購(gòu)實(shí)）。</P><P> 3．接口電路設(shè)計(jì)</P><P> 3．1 PC機(jī)打印口簡(jiǎn)介</P><P> 在計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)中，并行打印口是使用非常方便，且易于擴(kuò)展的I/O口。標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)打印口由一個(gè)25芯的D-Shell連接器提供TTL輸入和輸出信號(hào)。共占用PC機(jī)的3個(gè)I/O地址，對(duì)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(jiàn)，打印口有12條輸出線(xiàn)和5條輸入線(xiàn)可以使用，它們決定了接口時(shí)的選址能力和讀入數(shù)據(jù)的形式。對(duì)8位或者更高位數(shù)據(jù)的讀入，可以使用74LS157等數(shù)據(jù)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(jīng)過(guò)反相之后接到連接器的1、14、17腳上的，這在讀取數(shù)據(jù)和送出數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該注意。</P><P> 另外，為防止高頻信號(hào)的不穩(wěn)定性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀梢圆扇∫韵麓胧?lt;/P><P> (1)在程序中插入適當(dāng)?shù)难舆t。信號(hào)的高速變化可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤，插入適當(dāng)?shù)难舆t后，可以使信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定。在使用較長(zhǎng)的連接線(xiàn)時(shí)，這是非常需要的，如果使用只有幾十厘米的連接線(xiàn)，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(xiàn)與連接器之間加入濾波電容，可以提高傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/P><P> 3．2接口電路設(shè)計(jì)</P><P> 接口電路設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)地址選通和數(shù)據(jù)讀入。要實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)的讀取，首先需要提供足夠位數(shù)的地址線(xiàn)，然后是相應(yīng)寬度的數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)。而打印口只有12條輸出線(xiàn)和5條輸入線(xiàn)可以使用，前面已經(jīng)提到了實(shí)現(xiàn)8位甚至更高位數(shù)并行數(shù)據(jù)的讀取方法。若直接用打印口的12條輸出線(xiàn)做為地址線(xiàn)，則最多只能達(dá)到的尋址能力，因而非常有限，而且這12條輸出線(xiàn)中應(yīng)該有提供其它用途（如片選、交互信息發(fā)送）的信號(hào)，因此應(yīng)該采取其它方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀取。</P><P> 眾所周知，為了減少管腳，一般都采用數(shù)據(jù)線(xiàn)與地址線(xiàn)共用管腳的措施，用時(shí)序控制其所要完成的任務(wù)。由此得到啟發(fā)，我們可以將地址選通信號(hào)分時(shí)送出、同時(shí)選通。當(dāng)然，打印口的管腳的輸入、輸出性質(zhì)是確定的，不可能既作數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)，又作地址線(xiàn)。但我們可采取變通的方法，將多位地址選通信號(hào)以8位為單位送出，選送出的用地址鎖存器進(jìn)行鎖存。這樣，打印口就有4條輸出線(xiàn)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(jù)以上設(shè)計(jì)思想，我們所設(shè)計(jì)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(hào)用于傳送地址選通信號(hào)，37AH的4位輸出信號(hào)用作控制信號(hào)。379H是唯一的一個(gè)輸入口，且只有5位是可以使用的，除去4位作為數(shù)據(jù)讀取外，還有一位可用于接收單片機(jī)所傳遞的信息。</P><P> 利用37AH的信號(hào)可作為74LS157的高、低4位數(shù)據(jù)的選擇控制開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀入。</P><P> 用74LS273可以鎖存高8位地址，其鎖存控制信號(hào)由37AH的 管腳提供，從而實(shí)現(xiàn)了64k存儲(chǔ)器的地址選通。利用這種方法，還可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間的尋址，而如果采用移位寄存器提供地址鎖存信號(hào)，則可以實(shí)現(xiàn)更大存儲(chǔ)空間的尋址。</P><P> 另外，利用37AH的管腳和379H的管腳與單片機(jī)進(jìn)行信息交互，可使單片機(jī)執(zhí)行不同的和序，亦可接收單片機(jī)發(fā)出的信息（主要將是否完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)通知主機(jī)）。</P><P> 4．接口軟件設(shè)計(jì)</P><P> 接口軟件設(shè)計(jì)的核心部分是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，這就需要進(jìn)行地址選通和數(shù)據(jù)讀入。</P><P> 以下是選通地址的過(guò)程（C語(yǔ)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(jié)束語(yǔ)</P><P> 采用基于PC機(jī)代印口的接口設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在使用上非常方便；利用基于雙端口RAM的在板存儲(chǔ)技術(shù)可使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獨(dú)立工作并能進(jìn)行事后處理。該系統(tǒng)在實(shí)際使用中取得了良好的效果，而且非常易于擴(kuò)展，首先是存儲(chǔ)器容量可以成倍增加，其次是可以實(shí)現(xiàn)更寬位數(shù)的數(shù)據(jù)讀入。<BR>
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