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PC标准并行接口－SPP
 作者：温正伟 原载:电子报
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PC机中的并行接口一般以D型25针母接口安装在PC机的后面板上，通常也称打印接口或LPT接口。在IEEE1284标准中定义了多种并行接口模式，常用的有以下三种：
SPP （Standara Parallel Port） 标准并行接口
EPP （Enhanced Parallel Port） 增强并行接口
ECP （Extended Capabilities Port） 扩展功能并行接口
这几种模式因硬件和编程方式的不同，传输速度可以从50K Bits/秒到2MB/秒不等。一般用以从主机传输数据到打印机、绘图仪或其它数字化仪器的接口，是一种叫Centronics的36脚弹簧式接口（通常主机上是25针D型接口，打印机上是36针Centronics接口）。Centronics接口的协议也将在下面进行讨论。
SPP模式是标准并行接口模式，它可以提供50K Bits/秒的典型传输速度，其最高的传输速度可达150K
Bits/秒。可进行9Bits的并行输入（现在的板载并行接口一般支持数据口的双向传输故最大可达17Bits的输入）和12Bits的并行输出。通常可选择Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式进行输入数据，还有一种Bi-directional的双向传输方式，这种方式需硬件支持。SPP硬件是由8条数据线，4条控制线和5条状态线所组成，它们分别对应三个不同的寄存器来进行数据的读写操作。
表一：D型25针和36针Centronics的针脚定义
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针脚(Centronics)
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针脚(D-Type25)
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I/O
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SPP信号
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寄存器
|
硬件反转
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| 1 |
1 |
输入/输出 |
nStrobe选通 |
控制 |
是 |
| 2 |
2 |
输出/* |
Data0数据位0 |
数据 |
|
| 3 |
3 |
输出/* |
Data1数据位1 |
数据 |
|
| 4 |
4 |
输出/* |
Data2数据位2 |
数据 |
|
| 5 |
5 |
输出/* |
Data3数据位3 |
数据 |
|
| 6 |
6 |
输出/* |
Data4数据位4 |
数据 |
|
| 7 |
7 |
输出/* |
Data5数据位5 |
数据 |
|
| 8 |
8 |
输出/* |
Data6数据位6 |
数据 |
|
| 9 |
9 |
输出/* |
Data7数据位7 |
数据 |
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| 10 |
10 |
输入 |
nAck确认 |
状态 |
|
| 11 |
11 |
输入 |
Busy忙 |
状态 |
是 |
| 12 |
12 |
输入 |
Pager-Out
Pager-End缺纸 |
状态 |
|
| 13 |
13 |
输入 |
Select选择 |
状态 |
|
| 14 |
14 |
输入/输出 |
nAuto-Linefeed
自动换行 |
控制 |
是 |
| 32 |
15 |
输入 |
nError/nFault错误 |
状态 |
|
| 31 |
16 |
输入/输出 |
nInitialize初始化 |
控制 |
|
| 36 |
17 |
输入/输出 |
nSelect-Printer
nSelect-In选择输入 |
控制 |
是 |
| 19-30 |
18-25 |
Gnd |
Ground信号地 |
|
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注：没有在表中列出的Centronics引脚定义有：15保留（悬空），16逻辑地，17机壳地，18保留（悬空）,33地，34保留（悬空）,35
+5V。表中“I/O”栏中的“*”表示如果并行接口支持双向传输则该引脚可以输入数据，表中“SPP信号”栏中，信号名称前的“n”表示该信号是低电平有效的。例如“nError”表示如果打印机出错则这个针脚将为低电平，正常为高电平（这里的信号是指定于打印机的，其它的外设可能有不同的定义）。表中的“硬件反转”栏所表示的意思是，输入的信号先被并行接口硬件反相再送到相应的寄存器。例如“Busy”，外部设备输入一个逻辑信号1（TTL+5V逻辑电平），信号被反相送入状态寄存器，这时读状态寄存器Bit7(最后一位)为0，如输入信号为0，Bit7的值则为1。
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。
现在整合在主板上的并行接口通常可以使用3BCh，378h和278h这三个基地址，它们几乎都支持SPP，ECP和EPP模式，你可以在BIOS设置为并行接口选择基地址（地址值为16进制数加“h”表示）。3BCh这个地址在早期的并口打印机适配器上是不支持EPP和ECP模式的。三个不同基地址的地址段如表二：
表二：
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3BCh - 3BFh
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在早期的并口适配卡中不支技ECP
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378h - 37Fh
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|
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278h - 27Fh
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如果系统有不只一个的并行接口，每个占用一个并行口基地址，那我们如何知道LPT1占用什么基地址，LPT2占用什么基地址？如：当系统只有一个主板整合的并行接口，在BIOS中设为使用278h基地址，自然LPT1占用278h，如果再往主板插入一张使用3BCh基地址的打印机适配卡，这时LPT1占用3BCh，LPT2占用278h。这就是说LPT1，LPT2，LPT3，并没有指定基地址，启动时BIOS程序分别以3BCh，378h，278h去检测使用该基地址的并行接口是否可用，第一个检测通过的为LPT1，依此类推，直到检测完成，结果保存在特定的内存地址中，以供操作系统或软件使用。所用的内存地址和LPT号的关系如表三。每个编号值占用2Bytes，如LPT1为378h，则内存地址0000:0408的值为78，0000:0409的值为03。
表三：
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内存地址
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编号
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0000:0408－0000:0409
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LPT1的基地址
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0000:040A－0000:040B
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LPT2的基地址
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0000:040C－0000:040D
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LPT3的基地址
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注：在旧式的系统还可能有0000:040E－0000:040F(LPT4的基地址)，现在新的BIOS更多的用这个内存去保存PS/2或别的设备的设置。
在windows系统中要读取这几个内存地址可能有点困难，特别对于初学者来说。因此我们可以用直接检测端口的方法来检测并行接口基地址分配，其方法是向基地址写一个非FFh的值，再读出该基地址的值，如果读出的是写入的值而不是FFh，表明地址是可用的。这种方法在DOS或Win9x系统是很容易实现的，在WinNT或Win2000下可用第三方写端口控件或自行编写有Ring0特权的程序。下面一段检测基地址的汇编修改一下可以镶入到C，VC++，Delphi,C++Builder中(只能在Win9X或Dos下正常运行)。
mov dx,Address //Address为基地址（如为控制、状态地址时向指定口地址读写数据）
mov al,Data //Data为要向基地输出非FFh的数据
out dx,al //向基地址写数据
in al,dx //读基地址数据
mov Result,al //向主程序返回读出的数据，再用主程序比较Data和Result的值，若相同则该基地址可用
SPP标准并行接口有三个寄存器，分别为数据寄存器，状态寄存器和控制寄存器(通常称为数据端口，状态端口，控制端口)。
数据寄存器：
数据寄存器所占用的地址是并行接口的基地址，连接于接口的2－9针，如果你的并行接口不支持双向传输，则它只能输出数据。
表四：
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地址
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I/O
|
数据位
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引脚
|
SPP信号
|
数据位为1时引脚电平状态
|
| 基地址 |
输出
(如果并口支持双向传输则也可输入数据)
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Bit0
|
2
|
Data0
|
H (H为高电平，L为低电平)
|
|
Bit1
|
3
|
Data1
|
H
|
|
Bit2
|
4
|
Data2
|
H
|
|
Bit3
|
5
|
Data3
|
H
|
|
Bit4
|
6
|
Data4
|
H
|
|
Bit5
|
7
|
Data5
|
H
|
|
Bit6
|
8
|
Data6
|
H
|
|
Bit7
|
9
|
Data7
|
H
|
状态寄存器：
状态寄存器占用的地址是基地址加一，与接口的10,11,12,13,15针相连，这个寄存器是只读寄存器，其中包含一个IRQ中断寄存器(由Ack相反后形成)，当有中断发生这个数据位为“0”。要注意的是Bit7（引脚11）在输入+5VTTL电平时，数据值为”0”，有反转的特性。
表五：
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地址
|
I/O
|
数据位
|
引脚
|
SPP信号
|
数据位为1时引脚电平状态
|
|
基地址+1
|
输入
|
Bit0
|
/
|
保留
|
/
|
|
|
|
Bit1
|
/
|
保留
|
/
|
|
|
|
Bit2
|
/
|
IRQ (Not)
|
/
|
|
|
|
Bit3
|
15
|
Error
|
H
|
|
|
|
Bit4
|
13
|
Select In
|
H
|
|
|
|
Bit5
|
12
|
Paper Out
|
H
|
|
|
|
Bit6
|
10
|
Ack
|
H
|
|
|
|
Bit7
|
11
|
Busy
|
L
|
控制寄存器
控制寄存器占用的地址是基地址加二，与接口的1,14,16,17针相连，寄存器可读写。其中Bit0,Bit1,Bit3有反转的特性。通常用于打印机控制时，这个端口为只读。这个端口还有高阻特性，在应用时可以根据要求加电阻，以使电平足够高或足够低。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。
表六：
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地址
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I/O
|
数据位
|
引脚
|
SPP信号
|
数据位为1时引脚电平状态
|
|
基地址+2
|
输入/输出
|
Bit0
|
1
|
Strobe
|
L
|
|
|
|
Bit1
|
14
|
Auto Linefeed
|
L
|
|
|
|
Bit2
|
16
|
Initialize Printer (Reset)
|
H
|
|
|
|
Bit3
|
17
|
Select Printer
|
L
|
|
|
|
Bit4
|
/
|
Enable IRQ Via Ack Line
|
/
|
|
|
|
Bit5
|
/
|
Enable bi-directional Port
|
/
|
|
|
|
Bit6
|
/
|
/
|
/
|
|
|
|
Bit7
|
/
|
/
|
/
|
握手信号：
使用标准PC并行接口的打印机会用到Centronics标准的握手信号。时序图见图一。首先数据加到数据寄存器，然后检查Busy（引脚11）是否为高，为高打印机处在以下状态之一：正在输入数据、正在打印操作、打印机出错、处在脱机状态，这时打印机不接收数据，Busy为低时，nStrobe（引脚1）输出一最小宽度大于1us的负脉冲，打印机随后接收数据并使Busy变为高，打印机接收完一个字节后回送给并行接口nAck(引脚10)一个宽度大于5us的响应负脉冲，这个信号可以被并行接口硬件反相之后作为IRQ中断信号或做为查询的状态信号，由于该信号的负脉冲较短，一般不会查询它，而是查询Busy。打印机状态回复，准备接收下一个字节。在应用标准并行接口的外部设备中并不一定就会用到这种握手信号，通常它们都有自己相应的握手信号，在我们自己的制作中也可以制定相应的握手信号。
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| 图一:握手信号 |
现在的板载的并行接口都会支持EPP和ECP模式，由于硬件上数据端口是支持双向传输的，所以在SPP模式下也可在数据端口中输入数据。如果你用的是旧式的并行接口功能卡或你不想用数据端口输入数据，而又要用并行接口采集8Bit的数据时，还可以用以下的两种方法。一种是用控制端口和状态端口的输入功能组成8Bit的数据输入，但要注意输入电平和所对应的数据位的相互关系，可以用软件进行调整控制。另一种方式只用到状态端口做输入，因一次只能读取4Bit也就是半个字节，故又称Nibble
Mode。具体电路图请参看图二。电路中用nStrobe控制74HC157(或74LS157)当前是读取前半个字节还是后半个字节，读取后只要把前后半个字节合并就可。
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| 图二：8Bit读取 |
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