摘要：介绍了PC机打印口与外设的接口设计方法,巧妙地解决了打印口对大容量存储器的数据读取问题,并利用双端口RAM在板存储技术,设计了基于PC机打印口的便携式数据采集系统。文章阐述了系统的硬件设计及其软件实现方法。

    关键词：并行打印口;数据采集;双端口RAM;接口

    1．引言

    数据采集系统在工业测控以及试验室研究方面的应用非常广泛,随着科学技术的发展,数据采集技术被普遍认为是现代科学研究和技术发展的一个重要方面。数据采集系统正向着高精度、高速度、稳定可靠和集成化的方向发展。由于计算机技术的高速发展,基于个人计算机控制的数据采集系统在很多场合（如野外、工业现场数据样本采集等）也具有较强的优势。为适应计算机处理的需要,这样的数据采集系统往往应有与计算机通讯的接口。

    本文介绍的便携式数据采集系统采用微机的并行打印口实现与计算机之间的通讯。该系统可以独立地完成数据采集任务,即做为便携式数据采集系统使用;亦可以通过打印口与计算机连接,在无须开箱的情况下完成大量、连续的数据采集任务。

    2．便携式数据采集系统的组成原理

   根据需求,我们设计的便携式数据采集系统的组成框图如图1所示,该系统包括单片机子系统、双端口RAM、模数转换器、信号调理电路、计算机接口和多路模拟开关。其中单片机子系统是数据采集系统的核心部分,它可以由主机通过接口启动工作,也可以独立工作。其完成数据采集的工作过程是：通过多路模拟开关选通被采样信号,启动模数转换器进行模数转换,转换完成后将转换结果存入双端口RAM。

    当系统做为独立的数据采集系统使用时,采样结果存放在双端口RAM内,完成采集任务后,可通过计算机接口将存放的数据送入计算机作进一步处理。此时采样得到的数据量受到双端口RAM容量的限制。若系统在进行数据采集时与计算机相连,则可以进行长时间的采样任务。便携式数据采集系统与微型机（一般PC或笔记本电脑）配合可以实现野外或工作现场的长时间数据采集。

    关于单片机子系统对模数转换、存储的控制以及双端口RAM的设计可参见文献[4]。本文着重介绍计算机接口的设计。考虑到在板存储容量问题,这里选用的双端口RAM为IDT7008S25,它是一种高速（读写速度为25ns）64k×8静态RAM（该器件可在北京瑞赤领新科技电子有限公司购实）。

    3．接口电路设计

    3．1 PC机打印口简介

    在计算机的标准外设中,并行打印口是使用非常方便,且易于扩展的I/O口。标准的PC机打印口由一个25芯的D-Shell连接器提供TTL输入和输出信号。共占用PC机的3个I/O地址,对于LPT1,其口地址及其各位的定义如表1所列。

    由表1可见,打印口有12条输出线和5条输入线可以使用,它们决定了接口时的选址能力和读入数据的形式。对8位或者更高位数据的读入,可以使用74LS157等数据选择器将其分成4位一组后分别读入。值得一提的是,379H的第7位（BUSY）在接口电路中是从连接器经过反相之后接到连接器的1、14、17脚上的,这在读取数据和送出数据时应该注意。

    另外,为防止高频信号的不稳定性对数据传输的影响,可以采取以下措施：

   (1)在程序中插入适当的延迟。信号的高速变化可能会导致数据读取错误,插入适当的延迟后,可以使信号达到稳定。在使用较长的连接线时,这是非常需要的,如果使用只有几十厘米的连接线,可以不采用插入延迟的方法;

    (2)增加滤波电容。在打印口的I/O线与连接器之间加入滤波电容,可以提高传输的可靠性。

    3．2接口电路设计

    接口电路设计主要是实现地址选通和数据读入。要实现大容量存储器内数据的读取,首先需要提供足够位数的地址线,然后是相应宽度的数据传输线。而打印口只有12条输出线和5条输入线可以使用,前面已经提到了实现8位甚至更高位数并行数据的读取方法。若直接用打印口的12条输出线做为地址线,则最多只能达到的寻址能力,因而非常有限,而且这12条输出线中应该有提供其它用途（如片选、交互信息发送）的信号,因此应该采取其它方法来实现大容量存储器的数据读取。

    众所周知,为了减少管脚,一般都采用数据线与地址线共用管脚的措施,用时序控制其所要完成的任务。由此得到启发,我们可以将地址选通信号分时送出、同时选通。当然,打印口的管脚的输入、输出性质是确定的,不可能既作数据输入线,又作地址线。但我们可采取变通的方法,将多位地址选通信号以8位为单位送出,选送出的用地址锁存器进行锁存。这样,打印口就有4条输出线可作其他用途。

    根据以上设计思想,我们所设计的接口电路的原理图如图2所示。图中打印口的I/O口378H的8位输出信号用于传送地址选通信号,37AH的4位输出信号用作控制信号。379H是唯一的一个输入口,且只有5位是可以使用的,除去4位作为数据读取外,还有一位可用于接收单片机所传递的信息。

    利用37AH的信号可作为74LS157的高、低4位数据的选择控制开关,从而实现8位数据的读入。

    用74LS273可以锁存高8位地址,其锁存控制信号由37AH的 管脚提供,从而实现了64k存储器的地址选通。利用这种方法,还可以实现存储空间的寻址,而如果采用移位寄存器提供地址锁存信号,则可以实现更大存储空间的寻址。

    另外,利用37AH的管脚和379H的管脚与单片机进行信息交互,可使单片机执行不同的和序,亦可接收单片机发出的信息（主要将是否完成数据采集任务通知主机）。

    4．接口软件设计

    接口软件设计的核心部分是实现数据的读取,这就需要进行地址选通和数据读入。

    以下是选通地址的过程（C语言）：   

       5．结束语