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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива 8 ГБ модули мобильной памяти LPDDR4 от Samsung 21.10.2016 Компания Samsung Electronics объявила о выпуске мобильных модулей DRAM с низким потреблением мощности и двукратной скоростью передачи данных (low power, double data rate 4 - LPDDR4) объемом 8 ГБ. Как рассказали CNews В компании, новое решение ориентировано на работу в мобильных устройствах с большими Ultra HD дисплеями. В модуль DRAM 8 ГБ установлены четыре 16-гигабитных чипа памяти LPDDR4, изготовленных по 10-нм технологическому процессу. "Запуск нового мощного мобильного модуля DRAM 8 Гб приведет к появлению более производительных флагманских мобильных устройств нового поколения по всему миру, - сказал Ю Сон Чой, исполнительный вице-президент подразделения маркетинга и продаж устройств памяти Samsung Electronics. - Мы продолжим создавать высококачественные передовые решения для хранения данных, которые отвечают растущим потребностям самых современных устройств с такими функциями, как сдвоенная камера, видео в разрешении 4K UHD и технологии виртуальной реальности". Скорость передачи данных нового LPDDR4 8 ГБ модуля достигает 4266 Мбит/с, что вдвое выше, чем показатели DDR4 DRAM для ПК, обычно составляющие примерно 2133 Мбит/с. При условии, что ширина шины памяти составляет 64 бит (x64), это гарантирует передачу данных со скоростью до 34 ГБ в секунду. Габариты 8 Гб LPDDR4 составляют менее 15х15х1 мм, что отвечает требованиям к размерам большинства современных ультратонких мобильных устройств. В зависимости от предпочтений производителя комплект DRAM толщиной менее 1 мм можно использовать вместе с универсальным флеш-накопителем или мобильным процессором, что позволяет экономить пространство печатной платы устройства. В августе 2015 г. Samsung представил первое на рынке решение LPDDR4 DRAM емкостью 12 ГБ по техпроцессу 20-нм. Период разработки нового 16 ГБ LPDDR4 DRAM решения по техпроцессу 10-нм, а также 8 ГБ LPDDR4 DRAM, составил 14 месяцев.

Другие интересные новости:

▪ Генератор бесконечной энергии на основе графена

▪ Выращивание грибов внутри ветрогенераторов

▪ MC33794 - датчик электрического поля

▪ Голосовой помощник Amazon Alexa для автомобилей BMW

▪ Экситоны солнечной батареи

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Наркомания и токсикомания. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Почему болельщики венского Рапида последние 15 минут каждого матча непрерывно аплодируют? Подробный ответ

▪ статья Страхование от несчастных случаев на производстве

▪ статья Настройка антенн и контуров с помощью генератора помех. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья ФВЧ для встроенного усилителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025