毕业设计（论文）-基于IPC的分拣机械手控制器设计.doc

全套图纸加扣 3012250582摘 要机械手是一种能模仿人手的某些动作，代替人完成某些特定工作的自动化装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本设计主要是二维机械手运动的控制。机械手采用的是两相混合型步进电机作为动力源，应用L298双H桥芯片作为步进电机驱动器来实现步进电机正反转的控制。除机械手步进电机控制外，本设计还要完成传送装置的设计、传感器电路的设计，这些设计配合机械手完成物体的分拣动作。采用安装在微机 WINDOWS 98系统DOS下的TURBO C软件对微机并口进行编程控制。设计需要完成对射管检测将要被分拣的物体到来和接近开关检测金属和非金属的信号采集，并将采集结果通过微机状态口送入微机，微机根据采集信号的状态通过数据口控制步进电机旋转，横轴和竖轴采取不同的运动组合完成分拣运动，将金属和非金属区分开。通过本毕业设计，深入了解步进电机的工作原理和工作性能，掌握微机并行接口的工作原理，学会设计步进电机驱动电路和信号传感器的应用电路。在电路制作过程中，学会如何用Protel99se软件进行电路原理图和PCB图的绘制，掌握手工制作PCB板的方法。关键词：机械手；并行端口；L298 AbstractManipulator is a kind of automation devices which can mimic some action of people and complete some certain work instead of people. It can replace the heavy labor of people to achieve the production mechanization and automation ,can be operated in the harmful environment to protect the personal safety ,therefore,it is widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy departments.The design is main about the movement control of the two-dimensional manipulator.The manipulator uses a two-phase hybrid stepping motor to be the power source , and apply L298 Double H-bridge chip as a stepper motor drive to achieve positive and the stepper motor control.In addition to the stepper motor control of the Manipulator,The design also needs to complete te design of transmission device and the design of the sensor circuit, these design will complete the sorting action with the manipulator.We will programming control the parallel port of the computer by using the TURBOC software under the DOS of WINDOWS 98 which is installed in the computer.The design needs to complete the signal acquisition of whether having objects come close to switching and the testing of metals and non-metallic,then,the results will be sent to the computer through the state port of the computer ,the computer control the rotary of the stepper motor through the state of the acquisition signals, the horizontal and vertical axis will complete the combination of different sports movement to separate metal and non-metallic .Through the graduate design, in-depth understanding of the stepper motor principle and work performance, master the Principle of the parallel interface of the computer, learn how to design the stepper motor drive circuit and the sensor signal application circuit.In the circuit production process, learn how to use software Protel99se to draw circuit schematic and PCB map, master the method of hand-made PCB board.Key words: Manipulato; Parallel port; L298桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录 引言11 绪论21.1 工业机器人的发展历史21.2 国外工业机器人的技术发展现状21.3 我国工业机器人的发展现状32 设计内容、要求及步进电机控制方案选择52.1 控制方案要求及动作图52.1.1横向、纵向运动功能62.1.2状态检测功能62.3 步进电机控制方案选择62.3.1方案一 单电压功率驱动接口62.3.2方案二 高低压功率驱动接口72.3.3方案三 斩波恒流功率驱动接口72.3.4方案四 集成功率驱动接口82.3.5方案示意图93 硬件设计103.1 步进电机简介103.1.1步进电机的基本特点113.1.2进电机原理简介123.2 并行打印机接口介绍133.2.1端口功能介绍133.2.2寄存器地址及控制使用143.2.3接口定位153.2.4TC语言访问并口简介153.3 IEEE1284并口协议及并行口5 种工作模式介绍与选用163.4 光电耦合电路设计263.4.1光电耦合电路的主要作用263.4.2光电耦合电路工作原理263.4.3TLP52-1、TLP52-4简介273.5 步进电机控制电电路设计283.5.1 H 桥型驱动电路设计283.5.2 L298介绍303.5.3步进电机控制框图313.5.4光电隔离电路323.5.5 L298 控制电路333.6 直流电机电路设计333.8限位开关检测电路343.9 接近开关检测电路设计353.9.1接近开关原理介绍353.9.2 接近开关检测电路353.10 对射管检测电路设计363.11电压转换电路设计363.11.1 7805、7812芯片简介363.11.2 电压转换电路设计373.12 USB接口电路设计383.13 系统电路图及其PCB图393.14 元件清单434 软件设计444.1 并口分配444.2 TURBO C程序设计概要444.3 程序流程图494.4 步进电机控制程序设计524.4.1步进程序设计524.4.2步进电机A、B相线圈正、负调试及程序设计524.4.3机械手横、竖轴起步基准确认程序设计544.4.4物体检测判断程序设计554.4.5金属非金属检测判断设计564.4.6完整控制程序设计574.5 软硬件调试结果615 结论62谢辞63参考文献64 全套图纸加扣 3012250582 第 66 页 共 64 页引言机械手装置能模仿人手的某些动作功能，按一定的程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。 本设计的重点是步进电机的控制。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身，是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。本设计采用的机械手横轴和竖轴均采用两相混合式步进电机驱动丝杠传动。除机械手步进电机的速度和正反转控制外，本设计还要完成物体传送装置的设计、对射管检测电路设计、接近开关电路的设计，这些设计配合机械手完成物体的分拣动作。在WINDOWS 98 环境下的TURBO C 软件编写程序，可以直接调用数据输出和状态检测函数、延时函数，很方便地检测对射管和接近开关检测到的状态，完成对机械手运动的控制。通过本设计，更深入的连接步进电机的工作原理和特性，学习应用微机对机电产品进行控制，直观体会机电一体化对人们的生活和生产的重要意义。1 绪论1.1 工业机器人的发展历史工业机器人的发展开始于20世纪年代，1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，第一次提出了“工业机器人”的概念。1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型。1959年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。60年代随着传感技术和工业自动化的发展，这时是工业机器人的发展初期，机器人开始向适用化发展，并被用于电焊和喷涂作业。70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入适用化时代。日本虽起步较晚，但结合国情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施。其机器人拥有量很快超过了美国，一举成为“机器人王国”。80年代工业机器人进入发展中期，汽车、电子等行业开始大量使用工业机器人，推动了机器人产业的发展。工业机器人的应用满足了人们特性化的要求，产品的批量越来越大，品种越来越多，而且产品的一致性也大大提高，为商家占有了更多的市场份额，获得了更多的市场利润。90年代初期，工业机器人的生产与需求达到了一个技术成熟期，1990年世界上新装备工业机器人80943台，1991年装备了76443台，到1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各条战线上。1.2 国外工业机器人的技术发展现状在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人也占有一定比重(占日本1998年安装台数的10%，销售额的36% )。机械结构以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1/3。应3K和汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。CAD , CAM等技术己普遍用于设计、仿真和制造中。控制技术大多采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流。驱动技术 80年代发展起来的AC伺服驱动已成为主流驱动技术应用于工业机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中;在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。应用智能化的传感器 装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。通用机器人编程语言 在ABB公司的20多个型号产品中，采用了通用模块化语言RAPID。最近美国机器人空间技术公司开发了Robot Script V.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的Win NT/95环境下。该语言易学易用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。网络通讯方式大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3%，其他采用RS-232, RA-422, RS-485等通讯接口。高速、高精度、多功能化 目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s，有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度竟达80m1s；而另一种并联结构的NC机器人，其位置重复精度达limo 90年代末的机器人一般都具有两、三种功能，向多功能化方向发展。集成化与系统化 当今机器人技术的另一特点是机器人的应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边设备和操作人员形成一个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及机器人在FMS, CIMS系统中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”(Agile Manufacturing)，满足多样化、个性化的需求，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。1.3 我国工业机器人的发展现状我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人:其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球己安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一位客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而目质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人技术居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。2 设计内容、要求及步进电机控制方案选择2.1 控制方案要求及动作图用微机控制机械手的横轴和竖轴的步进电机。传送带一端放一挡板限制物体继续前进，机械手初始位置位于挡板前面，当物体运动到机械手中间时，被挡板挡住，由传送带前面的光电传感器检测到是否有物体，机械手上的磁电传感器检测判断物体是金属还是非金属，如果是金属微机控制机械手把物体推向传送带的左侧，如果是非金属把物体拉向传送带的右测，物体脱离传送带后，机械手上升一段距离，退回初始位置上方，然后下降到初始位置，继续检测分拣物体。图1 分拣机械手动作示意图2.1.1横向、纵向运动功能该控制电路可对机械手横轴和竖轴的步进电机进行控制，要求步进电机可以正反转，微机能够根据检测到的限位开关的状态控制机械手的运动。2.1.2状态检测功能 微机并口能够检测横轴和竖轴的限位开关状态，通过限位开关的检测信号编程对机械手运动范围进行限制。并口检测红外对射管的状态，通过对射管检测纤毫判断有没有物体通过。并口检测接近开关的状态，通过接近开关的检测信号判断物体是金属还是非金属，根据不同状态编写程序控制机械手分拣动作方向。2.3 步进电机控制方案选择 机械手控制方案的选择主要就是步进电机控制的选择。 2.3.1方案一 单电压功率驱动接口 实用电路如图2（a）所示。 优点：在电机绕组回路中串有电阻Rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象， 缺点：高频时候电路引起附加的损耗。一般情况下，简单单电压驱动线路中，Rs是不可缺少的。Rs对步进电动机单步响应的改善如图2(b)。图2 单电压功率驱动接口及单步响应曲线2.3.2方案二 高低压功率驱动接口图3 高低压功率驱动接口 高低压功率驱动接口如图3所示。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压UH供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压UL来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻Rs，消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号Uh和Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图3所示。 缺点：图中，高压管VTH的导通时间tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取1-3ms。（当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适）。2.3.3方案三 斩波恒流功率驱动接口恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图4是斩波恒流功率接口原理图。图中R是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。当电流不大时，VT1和VT2同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流给定的数值，VT2被封锁，电源U被切除。由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管VD续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值，VT2导通，电源再次接通。如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图4所示。图4 斩波恒流功率驱动接口 斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中u1是数字脉冲，u2是模拟信号。这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除。缺点：线路较复杂。目前已有相应的集成功率模块可供采用，但一般都为几百元，较为昂贵，毕业设计不易采用。2.3.4方案四 集成功率驱动接口 目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。L298芯片是一种H桥式驱动器，它设计成接受标准TTL逻辑电平信号，可用来驱动电感性负载。H桥可承受46V电压，相电流高达2.5 A。L298(或XQ298，SGS298)的逻辑电路使用5V电源，功放级使用546V电压，下桥发射极均单独引出，以便接入电流取样电阻。L298(等)采用15脚双列直插小瓦数式封装，工业品等级H桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。L298特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。市场价格为15元一片，本设计要控制两台步进电机，可以承受。图5 L298结构图通过以上比较，本设计采用L298芯片做为步进电机的驱动接口电路。2.3.5方案示意图3 硬件设计3.1 步进电机简介 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。3.1.1步进电机的基本特点（1）步进电机的精度一般步进电机的精度为步进角的35%，且不累积。（2）步进电机外表允许的最高温度步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。（3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。（4）空载启动频率即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或者堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。（5）运行温度 温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，所以步进电机外表温度在摄氏8090度完全正常。（6） 反向电动势当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 3.1.2进电机原理简介机械手采用的是42BYG二相混和式步进电机。 表1 步进电机参数 型号 相数步矩角步距角 精 度电流(A)电压(V)静扭矩(N.M)定 位转矩 Kg.cm42BYG25020.9 5.4%0.49.60.170.20图6 两相混合式步进电机接线图步进电机的控制方式： 两相四拍的工作方式应用格雷码编写为：正转时激励方式为BABA, 反向时为反转。本设计电路由D0、D1两个数据口控制横轴步进电机，由D2、D3两个数据口控制竖轴步进电机，A与和B与总是反向。表2 横轴正转时序表D7D6D5D4D3D2D1D0数字输出值000000000x0000000010x1000000110x3000000100x2表3 横轴反转时序表D7D6D5D4D3D2D1D0数字输出值000000100x2000000110x3000000010x1000000000x0表4竖轴正转时序表D7D6D5D4D3D2D1D0数字输出值000000000x0000001000x4000011000xc000010000x8表5 竖轴反转时序表D7D6D5D4D3D2D1D0数字输出值000010000x8000011000xc000001000x4000000000x03.2 并行打印机接口介绍3.2.1端口功能介绍并行打印机接口是PC 系统中最简单的插件板,整个电路的构成没有使用任何专用可编程接口芯片。该接口不仅可用作联接并行打印机等的接口电路,也可用作通用输入输出接口(非打印机应用领域) 。打印机接口提供8 位双向输入输出数据线。当用作输出时,输出数据经过寄存器锁存;当用作输入时,对输入数据只有缓冲能力。CPU 通过输出控制寄存器向接口发出控制命令,接口则通过状态寄存器向CPU 返回状态信息,供CPU 判断接口的工作情况。打印机接口的逻辑组成主要包括四部分:地址译码电路、数据发送和缓冲电路、命令输出电路、状态输入电路。对PC 机来讲,所有接口控制信号和数据信号、状态信号都接在25 针插座上。在这里我们所需的脉冲信号采用并行打印机的双向数据总线通过软件控制来产生。并行打印机接口采用25 针D型接插件。表给出了并行借口连接器上25个引脚的各自功能。 表6 DB25引脚功能引脚D-sub信号功能信号源寄存器是否在连接器处倒向1nStrobe选通D0-D7PC控制是2D0数据位0PC数据否3D1数据位1PC数据否4D2数据位2PC数据否5D3数据位3PC数据否6D4数据位4PC数据否7D5数据位5PC数据否8D6数据位6PC数据否9D7数据位7PC数据否10nAck字符接收完打印机状态否11Busy打印机忙打印机状态是12PaperEnd纸尽，空打印机状态否13Select外设准备好打印机状态否14nAutoLF在回车后自动换行PC控制是15nError(nFault)错误打印机状态否16nInit初始化打印机PC控制否17nSelect选择打印机PC控制是18-25Gnd地3.2.2寄存器地址及控制使用 标准并行口的地址为数据寄存器L PT 1- 378H、状态寄存器L PT 2- 278H、控制寄存器L PT 3- 3BCH。（1）数据寄存器 在SPP工作模式下数据端口或称数据寄存器（D0-D7）保存了写入数据端口的一字节信息。（2）状态寄存器 状态端口或称状态寄存器保存的是5个输入（S3-S7）的逻辑状态。状态位的常规用法： S3：nError或nFault（错误信息）。当打印机检测到错误或失败操作时，此信号为低电平。 S4：Select（选中）。当打印机在线上（打印机的数据输入有效）时，此信号为高电平。 S5：PaperEnd 、PaperEmpty 、PError(纸尽或纸张错误)。当打印机中的打印纸用完时，此信号将被置为高电平。 S6：nAck或 nAcknowledge(确认)。当打印机接收到一个字节时，送出负脉冲，允许中断时，有此信号的跳变（通常是上升沿）出发中断。 S7：Busy(忙)。当打印机还未做好接收新字节准备时，此信号为高电平。与连接器上的相应信号反向。本设计为用到控制口，在此不在介绍。3.2.3接口定位 PC机将一些并行端口支持内置于它的BIOS（基于输入输出服务）中，而BIOS是可以完成许多常规服务的一组例行程序。在计算机中，BIOS程序一般存放在ROM或闪存芯片中。 计算机启动后，BIOS程序将自动依次检测3BCh,378h,278h三个地址，确定这些地址处是否存在有并口。为完成这一工作，BIOS首先写入接口，然后读回所写内容。如果读取成功，说明此处确有并口。（这里的读/写操作并不需要实现与并口进行连接；所读取的知识接口的内部存储器。）BIOS程序将接口地址保存在BIOS数据区中。所谓BIOS数据区，就是专门为储系统信息而保留的一部分存储空间。在这段内存中，端口地址在40：08h 到40:0Dh的范围内，LPT1置于第一位。每一个地址占用两个字节。对未分配地址的读取结构应该是0000。许多需要访问并口的程序都使用BIOS表得到端口地址。在这种情况下，拥护只需要在LPT1、LPT2、LPT3中做出选择，程序就可以找到相应的端口了，本设计采用微机默认端口LPT1。通过更改BIOS表的内容，就可以改变打印机的地址，或者输入一个非标准化的地址了。这是用户能够改变系统启动时储存的端口分配方案。3.2.4TC语言访问并口简介TC访问并口要WINDOWS98的纯DOS环境下运行TC软件。可以使用inportb 和outportb两个函数读并口数据和向并口输出数据。下面语句是读取0X378地址的数据：int din; din=inportb(0X378);下面语句是向0X378地址写入数据0X30： outportb(0X378,0X30);3.3 IEEE1284并口协议及并行口5 种工作模式介绍与选用图 7并口外观由于以前的Centronics并口提供的数据传输速率不能够现在的一些应用要求，IEEE委员会在1994年公布了新的1284并行接口标准。新的标准相对Centronics有许多改进：1、速度可达2MB/S（Centronics并口为150KB/S），比以前有很大提高；2、支持双响数据传输（Centronics并口只支持单向）；3、有统一的电气标准（Centronics并口没有统一的电气标准）；4、外部电缆的长度可达35英尺（Centronics只能达到6英尺）；而且IEEE1284保持对Centronics并口的兼容。 IEEE1284有五种工作模式：兼容模式、半字节模式、字节模式、ECP模式和EPP模式。这些模式中的任何两个模式的转换需要通过一个协商过程，只有协商成功才能达到模式转换，否则重新协商。同时，除了兼容模式外，其它模式想转换为其它模式，首先进入终止阶段，然后进入兼容模式，从兼容模式空闲阶段协商可以进入目的模式。下表说明了状态迁移过程。所以兼容模式是默认模式。 表7主机向外设送出可扩展字可扩展字功能1000 0000请求可扩展连接0100 0000请求EPP模式0011 0000请求带RLE的ECP模式0001 0000请求ECP模式0000 1000保留0000 0100请求设备ID，用半字节模式返回数据0000 0101请求设备ID，用字节模式返回数据0001 0100请求设备ID，用RLE的ECP模式返回数据0011 0100请求设备ID，用不带RLE的ECP模式返回数据0000 0010保留0000 0001字节模式传输0000 0000半字节模式传输兼容模式有三个意义：（1）外设开始动作时，最先进入的模式为兼容模式，进入兼容模式后，如果外设不忙就可以通过协商进入其它模式。（2）其它模式终止后也进入兼容模式；（3）要从一个模式进入另一个模式，必须首先终止此模式，进入兼容模式，经过协商，然后进入摸底模式。协商过程分为两步：（1）判定设备是否是IEEE1284设备，如果不是IEEE1284设备，协商失败，终止协商，否则进行下一步；（2）协商判定外设是否支持主机请求的工作模式，如果不支持，协商失败，否则协商成功。协商过程的握手关系如下图：图 8 协商过程握手下面对表进行详细说明：（1）主机通过向数据（D0-D7）写入一个扩展请求值，（Extensibility Byte）,然后将nSelentIn置高，将nAutoFd置低，对每一种模式查询，上表列出了可扩展字节。（2）作为回应，1284兼容设备将nAck 置低，将PError、Select和nFault置高。如果PError和nFault不同时处于高电平，外设将不支持IEE1284的协商，此时主机将nSelentIn置低，结束协商尝试，随后的连接将使用兼容模式进行数据传输。（3）如果外设支持协商，主机将把nStrobe置低，从而把可扩展字节锁存到外设中，然后知己将nStrobe和nAutoFd置低。（4）作为回应，外设将PError置低，如果它支持主机方所支持的模式，外设将维持Select的高电平，唯一的例外是半字节模式，所有的1284都必须支持这一模式，同时Select将变为低电平。如果需要向主机传诵数据，则需要将nFault置低。（5）外设通过将nAck置高结束协商。注释：1、设备ID：一个结构化的、可变长度的ACSII信息，它标示外设的生产厂商、命令集和设备类型。2、RLE：ECP支持的一种数据压缩特性，它用前一个字节来计算后一个字节重复的次数。主机和外设传输的字节分为命令和数据两种类型，这是通过nAutoFd和Busy来区分的。在前向传输时，如果nAutoFd为高，则传输的是数据，否则为命令。同时，如果传输的是命令，如果字节的最高位为0，则表示RLE长度计数，（0-127），否则为通道地址（0-127）。下面是五种通信模式的介绍：（1）标准模式标准模式(StandardMode) 也叫兼容模式或Centronics 标准模式, 这种模式主要用来连接打印机。输出一个字节的时序如图9所示, 标准并行口的信号及对应引脚定义 图9 输入打印机一个字节的时序 如表8 所示。数据只能前向(从主机到打印机) 传送, 主机把数据输出到数据寄存器, 之后读状态寄存器检查BUSY 信号, 假若打印机不忙, 则主机写控制寄存器, 输出触发信号nSTROBE, 把数据打入打印机。由此看来, 为了输出一个字节, 它需要4 个I/O 指令和一些附加的指令, 握手信号由软件实现, 最高传输速度速率是150 kbit/ s。 注: 相对于基地址(03BCh, O378h, 0278h) 的地址偏移; L 表示低电平, H 表示高电平; R/W 中的R 作为自检用; 中断允许位( IRQ EN ) 只作为控制位, 不输出; 方向控制位(D IRECT ION ) , 在字节模式使用。表8标准并行口SPP信号定义分组地址偏移读写SPP Mode信号名信号方向寄存器位入出电平0 1D25脚描述 数据+0R/WData0:7出0-7LH2-9八位数据线，只能输出状态+1RnError入3LH15L表示打印机出错Select入4LH13H表示打印机已联机PE入5LH12H表示打印机缺纸nACK入6LH10低脉冲表示一个字符已收到BUSY入7HL11H表示打印机忙，不能接收数据控制 +2R/WnStrobe出0HL1L表示数据有效nAutofeed出1HL14L表示自动换行nNIT出2LH16L表示复位打印机nSelectn出3HL17L表示选择打印机nRQEN4禁允无写入1允许打印机中断Direction5出入无字节模式数据方向控制位，写入1为输入，0为输出GND 18-25（2）半字节模式半字节模式(N ibleMode) 定义了反向(从外设到主机) 传送数据的方法, 它利用标准并行口状态信号的4 位进行反向数据传输, 因为一次只能接收4 位(半字节) , 需要2个周期接收一个字节, 接收数据时的握手信号是由软件实现的, 最高传输速率50 kbit/ s。其信号定义如表2 所示, 反向传送数据的时序如图10所示。 图 10 反向传送的时序 表9 半字节模式信号定义SPP信号名NIBLMODE信号名信号方向描述nAutofeedHostBusy出L表示主机准备好接收半字节，H表示半字节收到nSelectn1284Active出H表示主机工作在半字节模式，L表示主机工作在标准模式nACKPtrCik入L表示反向传送的半字节有效BUSYPtrBusy入作为数据的3和7位PEAckDataReq入作为数据的2和6位SELECTXflag入作为数据的1和5位nER