计算机的并行接口大全.docx
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计算机的并行接口大全
计算机的并行接口,计算机的并行接口大全
IEEE1284信号及脚序
IEEE-1284定义了一对一的异步双向并行接口。
其中PC机使用A型接头，DB-25孔型插座，包括17条信号线和8条地线，信号线又分为3组，控制线4条，状态线5条，数据线8条。
打印机使用B型接头，为36PIN0.085inch间距的Champ连接器，称Centronics连接器
36PINCentronics连接器的各脚信号的含义
C型：
新的Mini-Centronics36PIN连接器，0.050inch间距，既可用于主机，也可用于外设
D型25针和36针Centronics的针脚定义对照：
A型、B型、C型连接器的针脚定义对照：
4. IEEE1284接口的对接：
PC机DB-25与打印机Centronics36PIN连接器的信号对应关系：
PC机边A型（DB-25）与打印机边B型（Centronics36PIN）连接器的对接：
PC机边A型（DB-25）与打印机边C型（Mini-Centronics36PIN）连接器的对接：
PC机边C型（Mini-Centronics36PIN）与打印机边B型（Centronics36PIN）连接器的对接：
5. IEEE1284硬件接口
IEEE-1284定义了2种级别的接口兼容性，LevelI用于产品不需要高速模式，但需要利用反向通道能力的场合；LevelII用于长电缆和高速传输率场合。
并行接口输出的是TTL标准的逻辑电平，输入信号也要符合TTL标准。
这种特性可以使接口容易应用在电子设计中。
大部分的PC并行接口能吸收和输出12mA左右的电流，如应用时小于或大于这个值，应使用缓冲电路。
为了保持与早期的Centronics接口兼容，使用OC（opencollector）驱动器，使用上拉电阻（pull-upresistor）标准电阻值为2.2k欧或4.7k欧。
控制线与状态线仅要求上拉电阻Rp，数据线和Strobe线还要求串联电阻Rs来匹配线路阻抗，调整串联电阻值使其与驱动器的输出阻抗之和等于45欧到55欧的线路阻抗。
比如驱动IC输出阻抗为15欧，则需要33欧的串联电阻。
IEEE-1284接口芯片：
因为最小输出驱动电压为2.4V,标准TTL的+5V或低压TTL的+3.3V的芯片都可以使用。
Fairchild、ST、TI公司都有类似芯片，如74ACT1284、74LVC161284、74LV161284等，还有专用的ESD芯片74F1071等。
6. IEEE1284信号规格表
本文参考了以下资料，表示感谢：
温正伟原载电子报的资料
.interfacebus./Design_Connector_1284.html
ckp.made-it./ieee1284.html
.fapo./1284int.htm
zone.ni./devzone/cda/tut/p/id/3466
.homestead.co.uk/
系统分类:
接口电路 |
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信号接口 |
标签:
并行接口IEEE-1284打印机CentronicsD25 |
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发表于2007/12/301:
45:
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2
计算机的并行接口
（2）
2. IEEE1284定义的5种工作模式
为了提高Centronics接口的性能，也要兼容过去的标准，IEEE1284定义了5种工作模式：
SPP模式：
StandardParallelPort标准并行接口，也称为Compatibilitymode兼容模式，Nibble模式：
从PC机到外设8-bit数据线，反向4-bit数据线
Byte模式：
8-bit双向传输，速率在50KB/s到150KB/s之间
EPP模式：
EnhancedParallelPort增强并行接口，允许任一方向的高速字节传输
ECP模式：
ExtendedCapabilitiesPort扩展功能并行接口，允许PC机发送数据块
符合IEEE1284标准的并口，使用设备ID（Deviceidentificationsequence）来实现即插即用（PlugandPlay）配置，使并口更易于使用。
各种模式都可以使用相同的连接器和电缆连接方式，因硬件和编程方式的不同，传输速度可以从50KBits/秒到2MB/秒不等。
2.1）SPP模式：
即传统的Centronics并行接口，所以也称Centronicsmode
提供基本的信号，包括8-bit数据线，4条控制线（Strobe、InitializePrinter、SelectPrinter、AutoFeedline）和5条状态线（Busy、Acknowledge、Select、PaperEmpty、Fault），需要三个不同的寄存器来进行数据的读写操作。
SPP模式是最基本的工作模式，异步、字节单向传输，数据率在50KB/s到150KB/s之间。
使用AB-cable电缆可传6米，而使用新的CC-cable电缆可达10米。
基本的SPP模式的时序如图：
当打印机准备好接收数据，设BUSY为低，主机发出有效的数据到数据线，等待至少500ns然后发出STROBE负脉冲持续至少500ns，有效的数据在STROBE上升沿后至少要维持500ns。
打印机接收数据并设BUSY有效以指示处理数据，当打印机完成数据接收，发出ACK脉冲至少500ns，然后清除BUSY以指示准备好接收下一个字节数据。
Centronics标准的握手信号略有不同，nStrobe为最小宽度大于1us的负脉冲，nAck为宽度大于5us的响应负脉冲，由于nAck信号的负脉冲较短，一般不会查询它，而是查询Busy。
主机软件通过4步来完成1字节数据通过并口的传输：
1. 把有效数据写入数据寄存器
2. 检查BUSY状态线，等待其无效（0）
3. 写控制寄存器，使STROBE有效（0）
4. 写控制寄存器，使STROBE失效
（1）
SPP模式要求的最小的建立时间、保持时间和脉冲宽度限制了其性能，考虑到软件的等待时间，IEEE1284最大的数据传输率为150kbytes/s，而Centronics典型为10kbytes/s，这对于点阵行式打印机已经足够了，但对于高速的激光打印机就显露出不足。
SPP模式下的信号定义：
为操作并行口，SPP定义了寄存器，并映射到PC机的I/O空间。
寄存器包括了以并口地址为基址的3块连续的寄存器，并口地址常见为3BCH、378H和278H，其中都包括数据、状态和控制寄存器，分别对应数据、状态和控制信号线操作，通常称为数据端口、状态端口和控制端口。
打印机卡1的地址常为378H，其中数据口0378H、状态口0379H、控制口037AH；打印机卡2的地址常为278H，其中数据口0278H、状态口0279H、控制口027AH。
支持新的IEEE1284标准的并口，使用8到16个寄存器，地址为378Hor278H，即插即用（PlugandPlay）兼容的的并口适配器也可以重新加载。
并口的寄存器定义：
数据寄存器：
所占用的地址是并行接口的基地址，对应于于接口的2－9针
状态寄存器：
占用的地址是基地址加1，对应于接口的10,11,12,13,15针，是只读寄存器，其中包含一个IRQ中断位（由Ack相反后形成），当有中断发生这个数据位为“0”。
Bit7（引脚11）在输入+5V电平时，数据值为”0”，有反转的特性。
控制寄存器：
占用的地址是基地址加2，对应于接口的1,14,16,17针，其中Bit0,Bit1,Bit3有反转的特性。
Bit4为IRQ应用，当向Bit4写入“1”时，将使ACK（引脚10）信号反相后成为中断请求IRQ信号，通常为IRQ5或IRQ7。
并口使用的3BCH、378H和278H三个基地址几乎都支持SPP、ECP和EPP模式（3BCH这个地址在早期的并口打印机适配器上不支持EPP和ECP模式）。
三个不同基地址的地址段如下：
一些集成的1284I/O控制器使用FIFObuffer传输数据称为FastCentronics或ParallelPortFIFOMode，也使用SPP协议，但用硬件产生strobe信号来实现控制信号握手，使数据率能超过500KB/s。
然而，这不是IEEE1284定义的标准模式。
2.2）Nibble模式：
用于从打印机或外部设备得到反向数据的常用方式，
Nibble模式利用4条状态线把数据从外设传回电脑。
标准的并行口提供5条外设到PC机的信号线，用于指示外设的状态，利用这些信号线，外设可以分2次发送1字节（8-bit）数据，每次发半字节（nibble:
4-bit）信息。
因为nACK信号一般用来提供外设中断，所以难以把传输的nibble（半字节）信息通过状态寄存器（Statusregister）合成1字节，需要软件读状态信号并作相应操作来得到正确的字节信息。
Nibble模式的数据率为50kbps（6米电缆），使用新型10米CC-cable电缆的数据率为150kbps。
Nibble模式的优势在于具有并口的PC机都可以执行这种方式，但只能用于反向通道为低速率的场合。
下表定义了Nibble模式的信号:
下图描述了Nibble模式的基本时序
Nibble模式数据传输步骤：
1. 主机通过设置HostBusy为低表明可以接收数据
2. 外设把第一个半字节（nibble）输出到状态线
3. 外设设置PtrClk为低指示nibble数据有效
4. 主机设置HostBusy为高指示接收到nibble数据，而正在处理
5. 外设设置PtrClk为高应答主机
6. 重复步骤1到5来接收第二个半字节（nibble）
Nibble模式与SPP模式相似，需要软件通过设置和读取并口的控制信号线来实现协议。
Nibble模式与SPP模式结合建立完整的双向通道，形成最简单的双向传输方式。
从PC机到外设8-bit数据线，反向4-bit数据线，支持单向打印机接口，提供了全速率的前向传输和半速率的反向传输，速率在50KB/s到150KB/s之间。
2.3）Byte模式：
在数据线上实现反向传输的方式
Byte模式利用数据线把8-bit数据从外设传输到主机。
标准并行口的8-bit数据线只能从主机向外设单向传输，需要抑制住控制数据线的驱动器，使数据可以从打印机传到电脑。
Byte模式数据传送，一次传送一个字节，与nibble模式下需要的两数据周期不同，速度和由电脑到打印机的一样，在50KB/s到150KB/s之间，使用新型CC-cable可在10米电缆上达到500kbps。
下表定义了Byte模式的信号：
Byte模式数据传输步骤：
1. 主机通过设置HostBusy为低表明可以接收数据
2. 外设把第一个字节（byte）数据输出到数据线
3. 外设设置PtrClk为低指示byte数据有效
4. 主机设置HostBusy为高指示接收到byte数据，而正在处理
5. 外设设置PtrClk为高应答主机
6. 重复步骤1到5来接收其他字节（byte）数据
下图描述了Byte模式的基本时序
制造商首先在IBM PS/2并口上增加了对8-bit数据线的读取能力，实现Byte模式，使之成为双向口，称为扩展并口的Type1。
此外，还提供了Type2和Type3，使用DMA方式。
在Type2和3的DMA写数据时，DMA控制器向数据寄存器写数据，而STROBE脉冲自动产生，当从外设收到ACK，发出DMA请求，下一个字节发出。
外设可以设置BUSY来延迟传输。
在Type2和3的DMA读数据时，ACK脉冲产生DMA请求，发起对系统存储器的传输，DMA控制器读取数据寄存器，STROBE脉冲自动产生。
Type2和3的DMA传输依照SPP模式时序进行。
虽然IBM定义了Type2和3方式提高了并口的性能，但只有IBM计算机实现这种功能，缺乏软件来支持这种DMA特性。
相比较，EPP和ECP是种工业标准，为更广泛的硬件和软件制造商支持。
2.4）EPP模式：
EnhancedParallelPort增强型并行端口，可实现高速双向数据传输
EPP模式由Intel、Xircom,andZenithDataSystems设计，提供了一个高性能的并行接口，是IEEE1284标准中的一部分，可以和标准并行接口通用，有相同的寄存器映射关系，协议首先由Intel386SL芯片组（82360I/Ochip）实现。
EPP模式的信号定义
EPP模式有一个数据周期和一个地址周期，提供了4种传输周期时序：
1. 数据写周期时序
2. 数据读周期时序
3. 地址写周期时序
4. 地址读周期时序
数据周期时序用于在主机和外设间传输数据，地址周期时序用于分配地址、通道、命令和控制信息。
EPP地址写周期：
主机首先设置WRITE*，并把地址信号发到数据线上，设置ASTROBE*；外设取消WAIT*，指示已准备接收地址字节；主机然后取消ASTROBE*；外设在ASTROBE*上升沿锁存地址数据，然后设置WAIT*，指示准备开始下一周期。
EPP地址读周期：
主机取消WRITE*，使数据线处于高阻状态，设置ASTROBE*；外设发地址字节到数据线，取消WAIT*指示地址有效；主机检测到WAIT*取消，读地址，然后取消ASTROBE；外设然后使数据线处于高阻状态，设置WAIT*，指示准备开始下一周期。
EPP数据写周期：
主机设置WRITE*，把数据字节发到数据线，设置DSTROBE*；外设取消WAIT*，指示准备接收数据；主机然后取消DSTROBE*；外设在DSTROBE*上升沿锁存数据，然后设置WAIT*，指示准备开始下一周期。
EPP数据读周期：
主机取消WRITE*，使数据线处于高阻状态，设置DSTROBE*；外设把数据字节发往数据线，取消WAIT*，指示数据有效；主机检测到WAIT*取消，读数据，然后取消DSTROBE*；外设外设然后使数据线处于高阻状态，设置WAIT*，指示准备开始下一周期。
EPP模式在3个SPP模式并口寄存器外又定义了5个寄存器，用于把地址或数据自动发到并口数据线上，然后自动产生地址和数据的选通（strobe）信号。
EPP模式的数据、状态和控制寄存器与SPP模式的配置相同。
把数据写入AutoAddressStrobe寄存器，将把数据发到并口数据线，并伴随自动产生的ASTROBE*低脉冲信号；把数据写入任一AutoDataStrobe寄存器，将把数据发到并口数据线，并伴随自动产生的DSTROBE*低脉冲信号；当一个AutoDataStrobe寄存器在读取，DSTROBE*信号受脉冲控制，返回电平值。
EPP寄存器接口：
从软件角度看，EPP模式是扩展了SPP的并口寄存器。
SPP的并口包括数据Data、状态Status和控制Control3个寄存器，地址为并口基址（baseaddress）的偏移（offset）。
EPP寄存器定义如下：
通过产生一个对“base_address+4”的I/O写指令，EPP控制器产生需要的数据写（Data_Write）周期的handshake信号和strobes用来传输数据。
而对基址（ports0到2）的I/O指令将实现标准并行口的操作，以保证与标准并口的兼容。
而对"base_address+3"的I/O操作，会产生地址读写周期。
Ports5到7的作用在不同硬件中有差别，可用作实现16-bit或32-bit的软件接口，或用作配置寄存器，也可能不使用。
标准并口的数据传输需要7个软件步骤，EPP增加了其他的硬件和寄存器，通过单I/O指令自动产生控制strobes和数据传输的handshaking信号，保证以ISA总线速度传输，最大数据率为2Mbytes/s，在其他平台上可能达到10Mbytes/s。
EPP的微处理器的总线结构使之易于直接与外设硬件通讯。
EPP模式还有进一步的块传输能力，使用REP_IO指令，依靠主机适配器的支持。
EPP模式数据写时序的步骤：
1. 程序对PORT4（EPPDataPort）执行I/O写周期
2. nWrite信号有效，数据发送到并口
3. 设datastrobe有效，然后nWAIT设置为低
4. 等待外设的响应（nWAIT变为无效）
5. 设置datastrobe无效，结束EPP周期
6. ISA的I/O周期结束
7. nWAIT设置为低，指示下一个周期开始
下图是EPP数据写时序的实例，CPU信号nIOW是用来强调全部的handshake在一次I/O中完成
注意，全部数据传输发生在一次ISA的I/O周期中，这表明使用EPP协议，数据传输率可为500KB/s到2MB/s，这样外设在性能上接近ISA卡。
因为使用互锁握手信号协议，数据可在很低的速率下传输。
Nibble、Byte、EPP和ECP模式都使用互锁握手信号协议。
所谓互锁握手信号，指每次控制信号的变化都需要另一边的响应。
EPP模式允许任一方向的高速字节传输，但不是同时，是半双工方式，为光盘机、磁带机、硬盘机和网络适配器设计，数据率从500KB/S到2MB/S，使用AB-cable电缆可传6米，而使用新的CC-cable电缆可达10米。
2.5）ECP模式：
ExtendedCapabilityPort扩展功能并行接口，也可实现高速双向数据传输
ECP模式是由MicrosoftandHewlettPackard提出，是对标准并口的扩展，作为打印机和扫描仪类的外设的高级通讯模式，允许图象数据压缩、排队中的FIFO（先入先出）和高速双向通信。
数据传送速度大约2—4MB/S。
ECP协议重新定义了SPP模式的信号，如下表：
ECP模式提供了2种数据传输周期时序，可用于2个方向：
1. 数据周期datacycle
2. 命令周期commandcycle
命令周期又分为2种类型，RLE（Run-LengthCount）和通道编址（Channeladdress）。
RLE方式实现数据的实时压缩，压缩率可达64:
1，特别用于打印机和扫描仪传输大量光栅图像数据（含有大量的相同数据串）时，但必须主机和外设都支持才可以实现。
通道编址与EPP的地址有不同，是用于一种物理设备包括多种逻辑设备的场合，比如FAX/Printer/Modem一体机。
ECP模式定义前向传输为主机到外设，有2种前向传输周期，当HostAck为高，指示进行data周期；当HostAck为低，command周期进行，数据描述用RLEcount或Channeladdress，数据字节的Bit8用来指示RLE或是Channeladdress，如果bit8为0，则bit1-7描述RunLengthCount（0-127），如果bit8为1，则bit1-7描述Channeladdress（0-127），下图描述了一个data周期和一个command周期的时序。
ECP模式的前向传输时序：
1. 主机发送数据到数据线，并设置HostAck为高来指示一个datacycle的开始
2. 主机设置HostClk为低，指示数据有效
3. 外设设置PeriphAck为高响应主机
4. 主机设置HostClk为高，这是边缘触发信号，用于使数据存入外设
5. 外设设置PeriphAck为低，指示准备好接收下一字节
6. 循环重复，但这次为commandcycle，因为HostAck为低
注意：
接口2侧都使用FIFO，发出的数据都认为已被接收。
在第4步，HostClk变为高，data被触发进入外设，数据指针计数器更新。
在有些情况下这有可能造成传输数据丢失。
ECP模式定义反向传输为从外设传输到主机，反向传输时，当并口线上数据有效，外设设置PeriphClk为低，主机在接收数据后设置HostAck为低。
下图描述了反向通道的command周期紧随data周期的时序：
上图也显示出ECP和EPP协议的不同。
在EPP模式，软件可以执行混合的读写操作，而不需要额外的协议；而在ECP模式，改变数据传输方向必须协商。
主机要求反向传输通道需设置nReverseRequest并等待外设的nAckReverse的响应，然后才可以进行反向数据传输。
另外，如果以前为DMA传输，软件必须等待DMA完成或中断DMA（要FIFO确定准确的已传输的数据量），然后要求反向通道。
ECP模式的反向Data和Command周期
1. 主机设置nReverseRequest为低，要求反向传输通道
2. 外设设置nAckReverse为低，响应主机
3. 外设发送数据到数据线，并设置PeriphAck为高指示data循环
4. 外设设置PeriphClk为低指示数据有效
5. 主机设置HostAck为高确认
6. 外设设置PeriphClk为高，这是边沿触发信号，用于使数据存入主机
7. 主机设置HostAck为低，指示准备好接收下一个字节
8. 循环重复，但这次是command周期，因为PeriphAck为低
ECPFIFO的使用，无论DMA方式或可编程I/O方式，减弱了与ISA的关联，软件不会精确知道数据传输的状态，只关心传输是否完成。
在Microsoft的规格书"TheIEEE1284ExtendedCapabilitiesPortProtocolandISAInterfaceStandard"中，定义了基于ISA的ECP模式的通用寄存器和适配器的工作模式。
ECP寄存器利用了定义的6个寄存器，只需要3个I/O口操作，注意寄存器的定义与工作模式有关。
ECP寄存器描述：
ECP模式在3个SPP模式并口寄存器外又定义了6个寄存器，用于把地址或数据自动发到并口数据线上，然后自动产生地址和数据的选通（strobe）信号。
ECP的Address和Data的FIFO包括至少16字节，可用于前向和反向传输，可以平滑数据流和提高数据率。
向AddressFIFO寄存器写数据，会自动发往并口。
ECP的DataFIFO寄存器用于主机和外设间的数据传输。
ECP模式并口寄存器配置图：
ECP模式的目的是实现并口的即插即用（plug-and-play）性能和在Windows环境下进行高性能双向传输。
ECP模式允许任一方向的高速字节传输，也是半双工方式，为打印机和扫描仪设计，数据率从500KB/S到1MB/S，使用AB-cable电缆可传6米，而使用新的CC-cable电缆可达10米。
ECP主要使用DMA而不是直接的I/O操作，目的是传输大的数据块。
2.6）工作模式选择过程（Negotiation）：
一个设备可能设计为有多种工作模式，但不能同时使用，每次只能选用一种。
IEEE1284发明了协商（negotiation）方式，主机必须要判断所
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