微機EPP工作方式下的遠(yuǎn)距離并行數(shù)據(jù)采集

【摘　要】　介紹了微機增強并行口（EPP）方式及快速線驅(qū)動和接收進行中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)快速采集的方法，設(shè)計了CCD相機數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">接口電路和軟件。
　　關(guān)鍵詞：增強并行口（EPP），標(biāo)準(zhǔn)并行口（SPP），差分線驅(qū)動器和接收器，并行傳輸，CCD相機
　　
　　中遠(yuǎn)距離的快速數(shù)據(jù)傳輸，在諸如X射線成像檢測、生產(chǎn)線控制與數(shù)據(jù)采集等工程中經(jīng)常遇到。利用微機本身的接口進行數(shù)據(jù)采集與傳輸簡單、方便，無需專門設(shè)計接口電路，但微機RS－232接口及標(biāo)準(zhǔn)并行口（SPP）的傳輸距離短、速度慢（最高為150kb／s），而且并行口SPP方式（主要用于連接打印機）只能單向傳輸。Pentium及后來的486微機的并口大部分具有SPP、EPP（Enhanced ParallelPort）、ECP（Extended Capabilities Port）功能，EPP方式是在SPP兼容的基礎(chǔ)上又增加了新的功能，可雙向、快速地進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達2Mb／s。

1　EPP工作方式介紹
　　計算機并行口的工作方式可通過BIOS中的SETUP設(shè)置為SPP、EPP、ECP（也有一些機型配置SPP、PS／I、ECP）。SPP方式（打印機接口）大家比較熟悉，表1列出了EPP和SPP的信號定義及相互關(guān)系。
1．1　EPP的寄存器
　　EPP所對應(yīng)的I／O端口使用SPP同樣的基地址，并增加了后面的5個端口。表2列出了寄存器定義。前三個端口（基址＋“00H～02H”）與SPP兼容，
但能雙向傳輸，分別是SPP／EPP的數(shù)據(jù)口、狀態(tài)口和控制口。第四個端口（基址＋“03H”）是EPP的地址口，第五個端口（基址＋“04H”）是EPP的數(shù)據(jù)口，后三個端口（基址＋“05H～07H”）未定義。若以四、五端口方式工作，其典型的傳輸速率為500～2Mb／s，并可雙向工作，接近于PC機ISA總線的數(shù)據(jù)傳輸率，這是EPP協(xié)議的主要特征之一。EPP利用四、五端口提供了四種數(shù)據(jù)傳送周期、即數(shù)據(jù)寫周期、數(shù)據(jù)讀周期、地址寫周期、地址讀周期。

1．2　EPP方式快速讀寫工作時序
　　以四、五端口方式工作，可進行快速、雙向的數(shù)據(jù)傳輸。以數(shù)據(jù)讀和地址讀周期為例，其EPP方式工作時序如圖1所示。兩者不同的是，數(shù)據(jù)讀（基址＋4）產(chǎn)生DATASTB信號，而地址讀（基址＋3）產(chǎn)生ADDRSTB信號。其它完全一樣，至于讀回來的數(shù)據(jù)D0～D7是作為地址還是作為數(shù)據(jù)，完全由設(shè)計人員來定。以數(shù)據(jù)讀為例，工作過程為：（1）WRITE信號保持高電平不變，若WAIT為低，數(shù)據(jù)選通信號DATASTB變低。（2）等待WAIT由低變高（此時應(yīng)把WAIT置高），WAIT變高后，開始讀數(shù)據(jù)。（3）DATASTB信號由低變高，數(shù)據(jù)被讀入。
??? TTL電平轉(zhuǎn)換為差分形式的RS422電平來達到遠(yuǎn)距離傳輸目的。

2．1　四路差分線驅(qū)動器和接收器SN75174和SN75175
　　SN75174和SN75175是TI公司生產(chǎn)的4位TTL和EIA／TIA－422－B、RS－485標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器件。具有轉(zhuǎn)換速度快、噪聲容限大、三態(tài)輸出、單電源（＋5V）工作的特性。SN75174能把TTL標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為422B標(biāo)準(zhǔn)，SN75175能把422B標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為TTL標(biāo)準(zhǔn)。其管腳圖及邏輯原理圖如圖2所示。其中A、B為輸入，Y、Z為輸出，EN為三態(tài)控制信號。SN75174和SN75175的主要工作參數(shù)及要求見表3。
表3　SN75174和SN75175應(yīng)用要求及參數(shù) 2．2　EPP方式中遠(yuǎn)距離傳輸接口電路
　　如圖3所示，在計算機端和工作端分別進行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，利用多股雙絞線實現(xiàn)中遠(yuǎn)距離422電平信
號傳輸，可達到快速并行的數(shù)據(jù)傳輸目的。

3　用EPP方式進行16位CCD圖像數(shù)據(jù)采集
3．1　接口電路
　　圖4所示為數(shù)據(jù)采集微機端的接口電路，DATASTB和ADDRSTB為同步信號并通過延時電路產(chǎn)生WAIT信號和SN75175的使能信號，WRITE把D0、D1信號鎖存用于控制CCD積累和輸出時的輸出級電平，數(shù)據(jù)線通過兩片SN75175把CCD輸出A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀入計算機。
3．2　工作原理
??? 我們的目的是以400kb／s的速度并行地把1K ×1K單元的CCD圖像數(shù)據(jù)采集到計算機中。整個數(shù)據(jù)的采集是在程序的控制下，利用EPP方式并口的ADDRSTB和DATASTB兩個信號同步控制下進行的。首先，把ADDRSTB和DATASTB信號通過SN75174轉(zhuǎn)換為差分電平，通過雙絞線長距離傳輸?shù)紺CD圖像板上（再在板上把422－B電平轉(zhuǎn)換為TTL電平）來進行CCD圖像的讀出控制。在CCD圖像板上，讀出的信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，把16位數(shù)據(jù)保存到兩片74LS373鎖存器中，并把TTL電平經(jīng)SN75174轉(zhuǎn)換成差分形式輸出的422－B電平，利用多股雙絞線和接口卡上的D0＋，D0－，…，D7＋，D7－相連。因為計算機并行口的D0～D7還要給CCD板輸出其它數(shù)據(jù)，所以，采用SN75175的EN端來控制其三態(tài)方式，當(dāng)兩個同步信號中一個有效時（與門），選通信號經(jīng)過延時2電路，通過一定時間的延時，打開SN75175，使其數(shù)據(jù)讀入到EPP口，并經(jīng)另一延時電路1延時后接到WAIT信號端，滿足EPP工作所需要的時序要求（如圖1所示），在程序作用下，首先WAIT有效，然后在DATASTB（或ADDRSTB）的作用下，經(jīng)過一定時間后，SN75175的EN也有效，這時數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)有效，再經(jīng)過一定時間，WAIT變高，數(shù)據(jù)被讀入，然后選通信號變低，經(jīng)延時，WAIT變低，釋放數(shù)據(jù)線，完成讀周期，此時，EN信號為低，SN75175為高阻態(tài)輸出，不影響數(shù)據(jù)的其它操作。
3．3　軟件流程
　　我們選用的CCD器件有1094×1160個像元，每次曝光結(jié)束后需進行1160次行轉(zhuǎn)移，兩次行轉(zhuǎn)移期間需進行1094次位轉(zhuǎn)移輸出和數(shù)據(jù)采集。圖5中每次采集用一條數(shù)據(jù)字讀語句，即可產(chǎn)生DATASTB的兩個脈沖，完成一次16位數(shù)據(jù)采集。每行的控制信號需進行八次地址讀語句，流程圖如圖5所示。根據(jù)CCD工作要求，并綜合考慮讀出噪聲、檢測速度和A／D轉(zhuǎn)換速度，EPP方式工作速度為400kb／s，計算機和CCD相機的距離為30米。每幅圖像的數(shù)據(jù)采集時間為3．1秒。實驗證明，該方法經(jīng)濟實用，圖像噪聲小。

　

1　伍丁紅．增強并行口EPP協(xié)議及高速并行口AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計．電子技術(shù)應(yīng)用，1998，2
2　程耀瑜等．高速12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7892及其在圖像采集中的應(yīng)用．國外電子元器件，2000，9