微机EPP工作方式下的远距离并行数据采集

【摘　要】　介绍了微机增强并行口（EPP）方式及快速线驱动和接收进行中远距离数据快速采集的方法，设计了CCD相机数据传输的接口电路和软件。
　　关键词：增强并行口（EPP），标准并行口（SPP），差分线驱动器和接收器，并行传输，CCD相机
　　
　　中远距离的快速数据传输，在诸如X射线成像检测、生产线控制与数据采集等工程中经常遇到。利用微机本身的接口进行数据采集与传输简单、方便，无需专门设计接口电路，但微机RS－232接口及标准并行口（SPP）的传输距离短、速度慢（最高为150kb／s），而且并行口SPP方式（主要用于连接打印机）只能单向传输。Pentium及后来的486微机的并口大部分具有SPP、EPP（Enhanced ParallelPort）、ECP（Extended Capabilities Port）功能，EPP方式是在SPP兼容的基础上又增加了新的功能，可双向、快速地进行数据传输，传输速率可达2Mb／s。

1　EPP工作方式介绍
　　计算机并行口的工作方式可通过BIOS中的SETUP设置为SPP、EPP、ECP（也有一些机型配置SPP、PS／I、ECP）。SPP方式（打印机接口）大家比较熟悉，表1列出了EPP和SPP的信号定义及相互关系。
1．1　EPP的寄存器
　　EPP所对应的I／O端口使用SPP同样的基地址，并增加了后面的5个端口。表2列出了寄存器定义。前三个端口（基址＋“00H～02H”）与SPP兼容，
但能双向传输，分别是SPP／EPP的数据口、状态口和控制口。第四个端口（基址＋“03H”）是EPP的地址口，第五个端口（基址＋“04H”）是EPP的数据口，后三个端口（基址＋“05H～07H”）未定义。若以四、五端口方式工作，其典型的传输速率为500～2Mb／s，并可双向工作，接近于PC机ISA总线的数据传输率，这是EPP协议的主要特征之一。EPP利用四、五端口提供了四种数据传送周期、即数据写周期、数据读周期、地址写周期、地址读周期。

1．2　EPP方式快速读写工作时序
　　以四、五端口方式工作，可进行快速、双向的数据传输。以数据读和地址读周期为例，其EPP方式工作时序如图1所示。两者不同的是，数据读（基址＋4）产生DATASTB信号，而地址读（基址＋3）产生ADDRSTB信号。其它完全一样，至于读回来的数据D0～D7是作为地址还是作为数据，完全由设计人员来定。以数据读为例，工作过程为：（1）WRITE信号保持高电平不变，若WAIT为低，数据选通信号DATASTB变低。（2）等待WAIT由低变高（此时应把WAIT置高），WAIT变高后，开始读数据。（3）DATASTB信号由低变高，数据被读入。
    TTL电平转换为差分形式的RS422电平来达到远距离传输目的。

2．1　四路差分线驱动器和接收器SN75174和SN75175
　　SN75174和SN75175是TI公司生产的4位TTL和EIA／TIA－422－B、RS－485标准转换器件。具有转换速度快、噪声容限大、三态输出、单电源（＋5V）工作的特性。SN75174能把TTL标准转换为422B标准，SN75175能把422B标准转换为TTL标准。其管脚图及逻辑原理图如图2所示。其中A、B为输入，Y、Z为输出，EN为三态控制信号。SN75174和SN75175的主要工作参数及要求见表3。
表3　SN75174和SN75175应用要求及参数 2．2　EPP方式中远距离传输接口电路
　　如图3所示，在计算机端和工作端分别进行标准转换，利用多股双绞线实现中远距离422电平信
号传输，可达到快速并行的数据传输目的。

3　用EPP方式进行16位CCD图像数据采集
3．1　接口电路
　　图4所示为数据采集微机端的接口电路，DATASTB和ADDRSTB为同步信号并通过延时电路产生WAIT信号和SN75175的使能信号，WRITE把D0、D1信号锁存用于控制CCD积累和输出时的输出级电平，数据线通过两片SN75175把CCD输出A／D转换后的数据读入计算机。
3．2　工作原理
    我们的目的是以400kb／s的速度并行地把1K ×1K单元的CCD图像数据采集到计算机中。整个数据的采集是在程序的控制下，利用EPP方式并口的ADDRSTB和DATASTB两个信号同步控制下进行的。首先，把ADDRSTB和DATASTB信号通过SN75174转换为差分电平，通过双绞线长距离传输到CCD图像板上（再在板上把422－B电平转换为TTL电平）来进行CCD图像的读出控制。在CCD图像板上，读出的信号经A／D转换后，把16位数据保存到两片74LS373锁存器中，并把TTL电平经SN75174转换成差分形式输出的422－B电平，利用多股双绞线和接口卡上的D0＋，D0－，…，D7＋，D7－相连。因为计算机并行口的D0～D7还要给CCD板输出其它数据，所以，采用SN75175的EN端来控制其三态方式，当两个同步信号中一个有效时（与门），选通信号经过延时2电路，通过一定时间的延时，打开SN75175，使其数据读入到EPP口，并经另一延时电路1延时后接到WAIT信号端，满足EPP工作所需要的时序要求（如图1所示），在程序作用下，首先WAIT有效，然后在DATASTB（或ADDRSTB）的作用下，经过一定时间后，SN75175的EN也有效，这时数据线上的数据有效，再经过一定时间，WAIT变高，数据被读入，然后选通信号变低，经延时，WAIT变低，释放数据线，完成读周期，此时，EN信号为低，SN75175为高阻态输出，不影响数据的其它操作。
3．3　软件流程
　　我们选用的CCD器件有1094×1160个像元，每次曝光结束后需进行1160次行转移，两次行转移期间需进行1094次位转移输出和数据采集。图5中每次采集用一条数据字读语句，即可产生DATASTB的两个脉冲，完成一次16位数据采集。每行的控制信号需进行八次地址读语句，流程图如图5所示。根据CCD工作要求，并综合考虑读出噪声、检测速度和A／D转换速度，EPP方式工作速度为400kb／s，计算机和CCD相机的距离为30米。每幅图像的数据采集时间为3．1秒。实验证明，该方法经济实用，图像噪声小。

　

1　伍丁红．增强并行口EPP协议及高速并行口AD转换器的设计．电子威廉希尔官方网站 应用，1998，2
2　程耀瑜等．高速12位模数转换器AD7892及其在图像采集中的应用．国外电子元器件，2000，9