Преобразователь USB-COM-LPT на микроконтроллере

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

В статье приводится описание простого преобразователя, позволяющего соединять периферийные устройства, оснащенные интерфейсом LPT, с компьютером, имеющим только интерфейс USB. Преобразование ведется в два этапа - специализированная микросхема преобразует USB в COM (RS-232), а затем микроконтроллер преобразует СОМ в LPT. Поскольку компьютер в данном случае ведет обмен информацией через виртуальный СОМ-порт, взаимодействовать через предлагаемый преобразователь с внешним LPT-устройством смогут только программы, разработанные или переделанные с учетом этой особенности. Для всех остальных потребуется подключить к операционной системе специальный программный драйвер, который только предстоит разработать.

В свое время было разработано и изготовлено множество электронных приборов и устройств, подключаемых к порту LPT персонального компьютера. Они существуют и сегодня. В то же время порты LPT (как, впрочем, и порты СОМ) в компьютерах постепенно вытесняет интерфейс USB. Особенно быстро идет этот процесс в переносных компьютерах (notebook). Но благодаря компактности и автономности именно такие компьютеры очень удобно использовать в качестве переносных инструментов для настройки различной электронной аппаратуры, в том числе с интерфейсом LPT. Ликвидация портов LPT в компьютерах делает работу с такой аппаратурой проблематичной.

Для разрешения этой проблемы предлагается преобразователь, использующий недорогие и доступные электронные компоненты и имеющий открытую архитектуру для разработки собственных программ. Наличие в нем микроконтроллера позволяет при необходимости разработать любой необходимый протокол обмена информацией между компьютером и подключенным через преобразователь устройством.

На рисунке изображена схема преобразователя. Информация, передаваемая через разъем Х1 по интерфейсу USB, преобразуется с помощью микросхемы CP2103-GM [1] в формат последовательного интерфейса RS-232. Она же выполняет обратное преобразование. Выводы управляющих линий интерфейса RS-232 этой микросхемы соединены перемычками, соответствующими постоянной готовности к обмену информацией. Выводы TXD и RXD соединены соответственно с информационными входом и выходом встроенного UART микроконтроллера ATmega8515-8AC [2]. Разъем Х2 предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера.

Работая по программе, загрузочные коды которой приведены в таблице, микроконтроллер обрабатывает поступающие на вход встроенного UART команды компьютера. Выполняя их, он формирует на своих выводах и подключенных к ним контактам разъема ХЗ выходные сигналы порта LPT и принимает входные сигналы этого порта. Программа написана на языке С в среде разработки CodeVision.

Согласно разработанному автором и заложенному в программу микроконтроллера протоколу обмена информацией, компьютер должен посылать в преобразователь двух- или трехбайтные команды. Младший разряд первого байта команды задает направление передачи информации: О - из компьютера в преобразователь (запись); 1 - в обратном направлении (чтение). Следующий разряд определяет адресное пространство: 0 - регистр порта LPT; 1 - энергонезависимая память данных микроконтроллера. Шесть старших разрядов первого байта пока не используются. Второй байт команды содержит адрес регистра или ячейки памяти, который может лежать в интервале 0-255. Третий байт присутствует только в командах записи и содержит код, предназначенный для занесения в регистр или ячейку памяти. В ответ на двухбайтную команду чтения преобразователь передает в компьютер один байт - содержимое запрашиваемого регистра или ячейки памяти. Инициатором пересылки информации в любом направлении всегда является компьютер.

Возможность читать из EEPROM микроконтроллера и записывать в него информацию хотя и не требуется для рассматриваемого применения, но пригодится для развития и совершенствования выполняемых преобразователем функций. Например, чтобы записать в EEPROM микроконтроллера по адресу 0x01 байт 0x5F, компьютер должен послать через виртуальный СОМ-порт последовательность из трех байтов: 0x03, 0x01, 0x5F. А для чтения данных по тому же адресу достаточно команды из двух байтов: 0x02, 0x01. В ответ на нее преобразователь передаст байт, прочитанный из указанной ячейки EEPROM.

Как известно, с точки зрения программиста, порт LPT в обычном (не ЕРР или ЕСР) режиме работы состоит из трех регистров: данных (DR), состояния (SR) и управления (CR). Адрес регистра DR совпадает с базовым адресом порта, адреса регистров SR и CR больше соответственно на одну и две единицы. Такая структура порта LPT реализована и в предлагаемом устройстве. Полностью сохранено и назначение разрядов всех регистров. Это позволяет с минимальными затратами перерабатывать созданные ранее компьютерные программы для работы с описываемым преобразователем.

Программа включает в себя заголовочные файлы с описанием имен регистров микроконтроллера и записей двоичных значений чисел, применяемых для инициализации переменных и других операций.

UART микроконтроллера программа настраивает на работу в асинхронном режиме со скоростью 115200 Бод при восьми информационных (без контроля четности) и одном стоповом разряде. Аналогичным образом должен быть настроен виртуальный порт СОМ компьютера. Имеются подпрограммы приема (UART_RXD) и передачи байта (UART_TXD) через UART, а также подпрограммы для записи (WRLPT) и чтения RD_LPT регистров порта LPT и ячеек энергонезависимой памяти (WR_EEPROM и RD_EEPROM).

Для максимальной совместимости с LPT предусмотрены маски регистров MaskSR и MaskCR. При выводе информации на линии портов микроконтроллера, соединенные с разъемом ХЗ, или ее вводе с этих линий выполняется автоматическая инверсия определенных разрядов регистров SR и CR с помощью упомянутых масок и логической операции XOR (исключительное ИЛИ).

Исходный текст программы снабжен подробным комментарием, что позволяет разобраться в ней без особого труда.

Для обеспечения работы с преобразователем необходимо установить в компьютере программный драйвер виртуального СОМ-порта, обеспечивающий обмен информацией с микросхемой СР2103. Этот драйвер свободно доступен на сайте производителя этих микросхем по адресу silabs.com/public/documents/software_doc/drivers/Microcontrollers /lnterface/en/CP210x_VCP_Win2K_XP _S2K3.exe.

Для проверки преобразователя можно использовать самые разнообразные тестовые и отладочные программы, позволяющие работать с СОМ-портом, если в них нет прямых обращений к регистрам этого порта, как это обычно делалось в DOS и Windows9X/Me. Такие обращения необходимо заменить функциями работы с портом (например, CreateFile, Get-CommConfig, SetCommConfig, Read-Corn, WriteFile), предоставляемыми операционной системой.

После включения преобразователя светится светодиод HL3. Прием первого байта команды погасит его. После получения команды полностью и ее исполнения светодиод будет вновь включен, что означает готовность к приему следующей команды. Такой алгоритм удобен для контроля прохождения команд и нормальной работы преобразователя.

На случай "зависания" микроконтроллера в программе задействован сторожевой таймер, который перезапустит микроконтроллер при возникновении такой ситуации. Это повышает устойчивость работы преобразователя даже при работе в условиях сильных помех.

Полный комплект файлов проекта программы микроконтроллера можно скачать здесь.

Литература

1. СР2103 - Single-Chip USB to UART Bridge. - silabs.com:80/public/documents/tpub_doc/ dsheet/Microcontrollers/Interface/en/cp2103.pdf
2. ATmega8515, ATmega8515L - 8-bit Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash. - atmel.com/dyn/resources/prod/documents/doc2512.pdf

Автор: О.Вальпа, г. Миасс Челябинской обл.; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Безопасная бумага из лигнина для кассовых аппаратов 05.02.2026 Каждый день миллионы людей берут в руки кассовые чеки, билеты и ярлыки, даже не задумываясь о том, какой экологический и токсический след оставляет этот тонкий листок бумаги. Термобумага, на которой печатают без чернил, давно стала стандартом благодаря дешевизне и удобству, однако ее оборотная сторона оказывается крайне неприятной. Покрывающий слой содержит химические проявители, среди которых особенно опасны бисфенолы - BPA и BPS. Эти вещества легко проникают через кожу, накапливаются в организме и обнаруживаются в крови кассиров, часто контактирующих с чеками. Попадая в отходы, они загрязняют почву и воду, создавая долгосрочную угрозу для экосистем. Создать экологически чистую альтернативу оказалось невероятно сложно. Новая термобумага должна быть недорогой, устойчивой к выцветанию под действием света и при этом полностью безопасной для человека и природы. Большинство попыток заменить токсичные проявители заканчивались неудачей: либо материал получался слишком дорогим, либо недостаточно стабильным. Однако исследователи из Швейцарского федерального технологического института (EPFL) нашли решение в самом неожиданном месте - в лигнине, веществе, которое бумажная промышленность традиционно считает отходом. Лигнин - это природный полимер, который скрепляет волокна целлюлозы в древесине, придавая ей прочность. Обычно его удаляют в процессе варки целлюлозы и просто сжигают или сливают в стоки. Ученые EPFL обратили внимание на химические группы лигнина, которые способны изменять цвет под действием тепла - примерно так же, как это делают бисфенолы в обычной термобумаге. Главная трудность заключалась в том, что натуральный лигнин имеет темно-коричневый оттенок, а поверхность чека должна оставаться светлой. Для решения проблемы применили технологию фракционирования, которая позволила выделить из лигнина светлые, почти бесцветные полимеры. Эти очищенные фракции смешали с небольшим количеством сенсибилизатора на основе растительного сахара. Получившееся биопокрытие наносится тонким слоем на обычную бумагу и отлично работает на стандартных кассовых аппаратах с нагревом. При контакте с горячей печатающей головкой покрытие локально темнеет, формируя четкий контрастный текст. Тесты подтвердили высокую практическую ценность нового материала. Чеки, напечатанные на лигниновой термобумаге, сохраняют читаемость текста даже после нескольких месяцев воздействия прямого солнечного света, а через год хранения информация остается различимой. Конечно, контрастность пока уступает традиционным бисфенольным покрытиям - буквы получаются чуть бледнее, - однако уровень токсичности нового материала в тысячи раз ниже, чем у классической термобумаги. При этом лигнин полностью биоразлагаем и не несет угрозы ни здоровью человека, ни окружающей среде. Разработка EPFL демонстрирует, как можно превращать промышленные отходы в ценный ресурс, одновременно решая экологические и токсикологические проблемы. Лигниновое покрытие открывает путь к созданию по-настоящему "зеленой" термобумаги, которая не будет отравлять кассиров и загрязнять свалки. Ученые уже работают над дальнейшим улучшением контрастности и снижением стоимости производства, чтобы технология могла выйти на массовый рынок.

Другие интересные новости:

▪ Уязвимость USB-устройств

▪ Проекты космических мусоровозов

▪ Электровелосипед ADO A20

▪ SAMSUNG представил первые DVD-рекордеры

▪ Держись подальше от движка

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Конспекты лекций, шпаргалки. Подборка статей

▪ статья Районные будни. Крылатое выражение

▪ статья Где наблюдаются самые высокие и самые низкие температуры на Земле? Подробный ответ

▪ статья Морская горчица. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Карманная сирена. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ключ и веревочное кольцо. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026