虚拟仪器中的EPP接口设计

作者：信息来源:电子市场 2007-5-31

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摘要：增强型并行口EPP与标准并行口SPP兼容，但可通过数据线双向传送数据，并且达到接近于PC机ISA总线的数据传输率。本文详细讨论了EPP接口特性，并使用CPLD设计虚拟仪器的EPP接口电路，给出了用LabWindows／CVI编写的EPP接口功能函数。关键词：虚拟仪器。EPP接口。...

　　摘　要：增强型并行口EPP与标准并行口SPP兼容，但可通过数据线双向传送数据，并且达到接近于PC机ISA总线的数据传输率。本文详细讨论了EPP接口特性，并使用CPLD设计虚拟仪器的EPP接口电路，给出了用LabWindows／CVI编写的EPP接口功能函数。
关键词：虚拟仪器；EPP接口；CPLD；LabW indows／CVI

1　引　言
　　虚拟仪器计算机软件和硬件（处理器、存储器、显示器）及测试功能硬件（数／模变换器、模／数变换器、定时和计数、数字输入输出等）构成的测试平台，他融合了测试理论、仪器原理、电子技术、计算机接口、总线技术以及软件编程技术于一身，实现了测量仪器的系列化、模块化、智能化和网络化，具有多功能、低成本、应用灵活、操作方便等优点，成为仪器发展的一个重要方向。
虚拟仪器与微型计算机的接口主要有3种形式：
　　（1）通用仪器总线接口　最典型的是VXI总线（VMEbus Extensions for Instrumentation，VME总线在仪器领域的扩展），该总线数据传输速度可达40 Mb／s，其电气标准规范，系统重组和电磁兼容性均较好，可靠性高，并具有同步触发功能；但系统结构复杂、成本高，一般适合于组建大型精密的自动测试系统，如航空测试系统，军用测试系统。
　　（2）计算机内部插卡式接口　主要有微机内部的ISA接口和PCI接口，数据传输速度分别可达16 Mb／s 和133 Mb／s；价格适中，适用于中小型测试系统。但由于插卡式结构的虚拟仪器直接插在微机内部的主板上，极易受到PC机的电源纹波和机箱内电磁辐射的干扰，从而限制了他的应用范围。
　　（3）计算机外部通用总线接口　主要有增强并行接口EPP（Enhanced ParallelPort，IEEE1284）、扩展能力接口ECP（Enhanced Capability，PortIEEE1284）、通用串行总线USB（Universal SerialBus）和火线Fire wire（即IEEE1394总线），数据传输速度分别可达2 Mb／s，4 Mb／s，12 Mb／s和400 Mb／s。EPP和ECP是在原打印机接口基础上发展起来的并行接口；USB，Fire wire是新型高速串行总线，并具有热插拔能力。由于采用外部通用接口的虚拟仪器硬件在微机外部与计算机相联，因此电磁兼容特性良好。特别是增强并行接口EPP，技术的复杂性和成本都不会太高，是构建通用自动测试系统的一种良好选择。由于插拔不用开机箱，使用方便，尤其是适用于笔记本电脑。
　　本文仅讨论使用EPP并口的虚拟仪器。
2　EPP增强型并行接口
数据传输的协议。该协议定义的并行口更像一个开放的总线，给用户提供了强大的功能和灵活的设计手段。
2．1　EPP信号特性
　　当计算机并口工作于EPP模式时，实际上只用了8条数据线Data0～7和5条信号线nWrite，nWait，nDataStrobe，nAddrStrobe，nReset（“n”表示低有效）。EPP信号引脚的定义与标准并口的定义有所不同，如表1所示。

2．2　EPP端口寄存器
　　EPP端口与标准并口SPP兼容，并增强定义了新的端口地址，如表2所示（Base为并口基地址：如LPT1为378H）。

　　当对基地址端口进行I／O操作时，就如同使用标准并口一样，必须由软件程序检测当前状态以产生必要的控制信号。要同EPP外设通信，则从EPP地址端口Base＋3读写地址，从EPP数据端口Base＋4读写数据。由于计算机并口只有8 b数据线，16 b或32 b数据必须分成若干字节分别传送。如果设备端口有16 b或32 b数据线，可以利用Base＋5，Base＋6和Base＋7三个端口直接完成16 b或32 b数据传输。
2．3　EPP时序
　　与标准并口通过软件检测外设状态并产生握手信号不同，EPP只需对相应端口进行一次I／O操作，读／写周期即开始，计算机自身产生一系列异步、互锁信号，自动完成握手操作，避免了程序的复杂性，使得EPP数据传输率接近标准PC内部ISA总线的传输率，典型的EPP传输速率为500 kb／s～2 Mb／s。
　　EPP协议定义的并行口提供了4种传送周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期一般用于计算机向外设发送命令和控制信号，以及向外设传送数据。地址周期一般用于传送地址、通道等信息。实际上，数据周期和地址周期并没有那么严格的界限，可以把地址周期看作另一种数据周期。图1～图4是4种周期的时序图。

　　EPP时序规定nDataStrobe（nAddrStrobe）信号在PC检测到nWait有效后才能置低，nDataStrobe（nAddrStrobe）有效又导致nWait信号变高，即通知26PC结束该读写周期，nDataStrobe（nAddrStrobe）随后恢复到空闲时的高电平状态。上述信号之间的互锁关系可用下式实现。

2．4　EPP初始化
　　在EPP处于空闲状态时，nDataStrobe，nAddrStrobe，nWrite和nReset信号必须无效即处于高电平状态。有的PC机需要程序在读写EPP之前对并口控制寄存器（BASE＋2）相应位（Bit 0，Bit1，Bit3）初始化，即向控制寄存器写入xxxx0100的控制字。而有的并口当其被置于反向传输模式时，将无法正常实现EPP写周期，需要在使用EPP之前将并口置于正向传输模式，即清除控制寄存器的第5位Bit5。所以在发生上述情况时，程序在访问EPP数据、地址寄存器之前需先向控制寄存器写入xx0x0100的控制字。
3　虚拟仪器EPP并行接口电路设计
　　虚拟仪器通过EPP并行接口连接PC计算机，硬件电路板包括多路数字量输入／输出、定时器／计数器、A／D转换器及D／A转换器、存储器等，软件包括硬件I／O驱动程序、仪器驱动程序、数据采集和处理模块、面板显示程序等，通过软件编程可构成交直流电压表、频率计、多波形程控信号源、数字存储式示波器等虚拟仪器。
　　电路板内采用了总线结构，各功能部件均连接在模板的内部总线上。EPP有8条数据／地址共用线，因此只能采用分时复用的方法提供所需要的数据和地址总线。此外，还需要为各输入输出电路提供读写信号和片选信号。
　　为简化设计，使用CPLD芯片EPM7128 SLC84完成电路板到EPP并口的接口电路。CPLD的设计输入采用Altera公司的硬件描述语言HDL（HardwareDescribable Language），开发工具为MAX-PLUS II，设计输入、编译、仿真、修改及下载和电路验证都非常方便。EPP接口电路设计文件如下：
SUBDESIGN EPP

4　对EPP接口的I／O操作编程
　　使用LabWinds／CVI虚拟仪器开发平台，设计了3个EPP接口功能函数。使用时首先初始化EPP接口，然后再调用EPP的输入或输出函数即可。
（1）初始化EPP接口函数

　　（2）EPP接口输出数据函数：先向地址寄存器写入I／O 8 b地址，再向数据寄存器输出数据。

　　（3）通过EPP接口输入数据函数：先向地址寄存器写入I／O8 b地址，再从数据寄存器输入数据。

　＊data＝inp（0x37c）；　　｝
5　结　语
　　在虚拟仪器中使用增强并行接口EPP，具有数据传输速度高（2 Mb／s），电磁兼容特性良好。由于插拔不用开机箱，使用方便，具有热插拔能力，尤其是适用于笔记本电脑。技术的复杂性和成本都不会太高，是构建通用自动测试系统的一种良好选择。EPP的接口电路采用CPLD，设计快速，硬件实现容易，简化了软件开发。

参考文献
［1］　潘仲英．基于EPP增强并行接口的虚拟仪器［J］．电子学报，2001，（3）．
［2］　李立学，董浩斌．用CPLD设计EPP数据采集控制器［J］．电子技术，2002，（1）．
［3］　李君华．虚拟仪器编程语言LabWindows／CVI教程［M］．北京：电子工业出版社，2001．

现代电子技术

　　（上接第60页）
一种新型技术，其主干网采用光纤，子网采用同轴电缆。
　　最大的特点是可利用原有的已经非常普及的有线电视网络电缆，是其最具有竞争力的地方。另外，网络本身性能如带宽、可靠性也较好。此技术目前还处于开发阶段。
4．3．2　家庭智能化系统设计
　　根据设计等级确定所要集成的智能化功能，然后选择厂家产品。这一点与传统的建筑电气专业设计有所不同。接下来，布置信息控制点，选择合适的走线路径和管线方式。
4．3．3　小区公共设施控制和周边环境监控设计
　　根据小区设计等级，适当选择小区公共设施控制和周边环境监控系统。设计时，也是最好先选择厂家
产品，再根据设计手册与相关规范设计。最后画出相应的系统图和管线图。
5　结　语
　　随着住宅小区应用步伐的推进，将来的智能化小区将会给们一个安全、便捷、舒适和经济的居住空间。