Guia interfaz puerto paralelo

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Julián González Ramírez
Electiva tecnológica
LABORATORIO DE CONTROL POR EL PUERTO PARALELO DEL COMPUTADOR
Un microprocesador tiene tres tipos de buses que se encargan de transportar información binaria.
Por medio de los buses se pueden extraer e introducir información (señales digitales), para poder
ejecutar acciones de control.
BUSES INTERNOS
Está compuesto por los buses de Direcciones, Datos y Control del microprocesador y algunas
señales generadas por otros circuitos del computador. Las ventajas de la conexión de una tarjeta
de adquisición de datos directamente a este son: alta velocidad de muestreo, bajo costo y tamaño
reducido. La potencia para alimentar los circuitos de adquisición de datos se obtiene directamente
de los terminales del bus. Para computadores PC compatibles, los tipos de buses más utilizados
son ISA, EISA, PCI y Microcanal.
BUSES EXTERNOS
Hay dos buses externos llamados puertos (serial y paralelo) a través de ellos se conectan los
periféricos. Estos puertos (serial y paralelo) se encuentran en la parte posterior del computador y
son fáciles de diferenciar ya que el paralelo utiliza un conector DB25 hembra, mientras que el
serial utiliza un conector DB9 macho.
PUERTO SERIAL
El puerto serial, también denominado RS-232 o de comunicaciones.
entrada/salida en forma serial.
Manipula los datos de
Ventajas de emplear el puerto serial en adquisición de datos y para realización de control:
•
Requiere pocas líneas
•
Es posible configurar sistemas de cualquier tamaño
•
Los circuitos de adquisición de datos se ubican a cualquier distancia del computador
central, por ejemplo cerca del sensor.
•
Son compatibles con casi todo tipo de computadores e instrumentos
PUERTO PARALELO
El puerto para impresora o puerto paralelo del computador, también denominado Centronics, está
compuesto por un conjunto de entradas/salidas digitales que permiten la operación de la
impresora.
Este puerto es el ideal para experimentar con circuitos, programas y sistemas. En algunas
aplicaciones reales de control se le pueden conectar directamente sensores o actuadores.
Para utilizar el puerto paralelo del computador en la conexión del circuito experimental, se deben
tener en cuenta los siguientes aspectos.
Las líneas de tierras están representadas por circuitos pequeños y las líneas de entrada y salida
se indican con flechas que apuntan en el sentido correspondiente.
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FUNCIONES DE CADA TERMINAL EN EL CONECTOR DB-25
Las señales del bus se clasifican en cuatro grupos (Salidas de datos, Tierras, Entradas de
protocolo, salidas de protocolo)
Salidas de datos: Transportan la información desde el computador hacia el periférico. Lo hacen
en grupos de ocho bits (1 byte) al tiempo, utilizando los terminales 2 al 9 del conector DB-25. El
bit D0 es el de menor peso o LSB (bit menos significativo) y el bit D7 es el de mayor peso o MSB
(bit más significativo). Los bits están representados por niveles de voltaje TTL (Lógica transistor
transistor). Una señal entre 0.8 y 2.4 voltios es un nivel bajo (cero lógico) y una señal entre 2.5 y 5
voltios es un nivel alto (uno lógico).
Líneas de tierra: Tienen por objetivo realizar dos funciones:
La primera es la de unir las tierras entre el computador y el periférico de tal forma que haya una
referencia de potencial común.
La segunda, es realizar el blindaje de las señales contra ruidos externos (señales perturbadoras)
al cable, evitando interferencias entre las mismas señales que transporta el cable ribbon que es
utilizado generalmente para esta conexión.
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El cable de tierra conectado al Terminal 19 del conector DB25 realiza el blindaje entre los
terminales 6 y 7. Lo anterior evita el acople capacitivo que puede ocurrir entre las líneas de datos
D4 y D5 a lo largo del cable Ribbon que une el computador y el periférico.
Entradas y salidas de protocolo
El computador es mucho más rápido que cualquier periférico y por lo tanto, le puede transmitir
más datos de los que puede recibir. Por esa razón, los circuitos de los periféricos , como la
impresora, usan señales especiales, para indicarle al computador que detenga momentáneamente
el envío de datos hasta qe se encuentre listo para recibirlos. De esta manera el computador tiene
la oportunidad de ejecutar otras tareas hasta que el periférico le indique, por intermedio de una
señal de protocolo, que se encuentra listo para recibir datos.
Las líneas de protocolo strobe (inicio), busy (ocupado) y acknowledge (reconcimiento) son las más
utilizadas para realizar la coordinación entre un computador rápido y un periférico lento. Cuando el
computador tiene datos para enviar por el puerto paralelo, lo hace acompañado por una señal de
strobe, el periférico responde con una señal de busy hasta que termina de aceptar o procesar los
datos; así evita que el computador le envíe nuevos datos, y cuando se encuentra listo le responde
al computador con una señal de acknow ledge.
Según la documentación de algunos computadores y del sistema operativo es posible tener hasta
tres puertos paralelos en un computador (LPT1, LPT2, LPT3). Los diseñadores de computadores
asignan una dirección, entre las posibles, a cada puerto de entrada/ salida, donde no pueden
haber dos iguales, en un computador cda posición de memoria y cada periférico tiene su dirección
específica.
Cada puerto paralelo del computador está formado por 12 líneas de salida de información hacia el
mundo exterior y 5 líneas de entrada. Son requeridos 3 bytes (tres palabras de 8 bits) para
manejar esta información. Por lo tanto, a cada puerto paralelo se le deben asignar 3 direcciones.
En la tabla se hace referencia a las direcciones asignadas a los posibles puertos paralelos en el
computador. También se indica el número de cada Terminal del conector DB25 y la entrada o
salida que le corresponde a cada bit de los tres bytes de cada puerto. Observe en la tabla, que las
señales de los puertos se clasifican solamente como entradas y salidas.
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En la figura siguiente se muestra el diagrama del circuito del proyecto. Las ocho líneas de salida
de los datos (D0 a D7) son los terminales 2 a 9 del conector DB-25 macho, se conectan por medio
de las compuertas inversoras (CI 74LS04) de los circuitos integrados CI-1 y CI-2 a los 8 diodos
emisores de luz (LEDS). Estos leds nos representarán las salidas digitales sobre las cuales se
quiere realizar control. E una aplicación industrial se pueden reemplazar por relés o triacs para
manejar cargas de mayor potencia. Las resistencias de 330 ohmios imitan la corriente por los leds
y las de 4.7 dilo ohmios evitan falsos disparos de las señales del circuito. A los terminales de
entrada 12, 13 y 15 del conector DB-25 se conectan 3 pulsadores (normalmente abiertos P1, P2 y
P3). Estos representan las entradas digitales. En una aplicación real pueden ser detectores de
proximidad, interruptores de final de carrera o cualquier sensor de tipo digital.
Ensamble del circuito. El proyecto se ensambla en una tarjeta universal o un protoboard con los
elementos que se describen en la lista de componentes.
Alimentación del circuito. Tanto los circuitos INVERSORES, como los LEDS, necesitan un
voltaje de 5 voltios (voltaje corriente directa), para obtener este voltaje existen dos maneras;
utilizando una fuente externa de 5 voltios conectada a los terminales de alimentación o tomarlo de
la fuente interna del computador. Si se tiene alguna experiencia en el montaje de proyectos
electrónicos se sugiere hacer lo siguiente. Remueva la cubierta del computador e identifique con
la ayuda de manuales, si los tiene y de un voltímetro digital, los terminales de la fuente de 5 voltios
en el interior del equipo. Retire una de las láminas posteriores que cubren los espacios
disponibles para las tarjetas de expansión o de controladores especiales. Haga dos perforaciones
y ubique en ella rceptáculos aislados para bananas, uno de color rojo (+) y otro de color negro (-).
Suelde a los terminales dos cables de igual color y conéctelos a las salidas de 5V previamente
identificadas y arme nuevamente su computador.
LISTA DE COMPONENTES
Resistencias de ¼ W, 5%
Tres resistencias (R1,R2, R3) de 2.2 k Ω
Ocho resistencias (R4 a R11) de 4.7k Ω
Ocho resistencias (R12 a R19) de 330 Ω
(rojo rojo rojo)
(amarillo violeta rojo)
(naranja naranja marrón)
Semiconductores
Ocho diodos LEDS rojos 5mm (D1 a D8)
Dos circuitos integrados 74LS04 (CI1 CI2)
Varios
Tres pulsadores miniatura (P1, P2, P3)
1 conector para impreso de 12 pines (macho y hembra) CN1
1 conector DB25 macho con carcaza
1 metro de cable ribbon de 12 líneas
1 protoboard
2 cables de conexión con caimanes y bananas
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PLANO ELÉCTRICO DEL PROYECTO
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ASPECTO DEL CABLE
Para cumplir con el objetivo es necesario estudiar cuatro instrucciones del lenguaje C++ y los dos
elementos con los cuales interactúa el cerebro (micro procesador) del computador.
Al ejecutar cualquier labor, la unidad central de proceso del computador (CPU) siempre está
tomando datos de dos fuentes diferentes: la memoria o un puerto de entrada/salida. De igual
manera, el resultado de las operaciones de la CPU tienen como destino uno de estos dos
elementos. El manejo de la memoria y de los puertos tienen el mismo esquema para su
direccionamiento (el acceder a una posición de memoria o un puerto en particular), en un
momento dado, para distinguir entre la memoria y un puerto, el computador genera señales
diferentes.
Para tener acceso a los puertos IOWR (para escritura) o IORD (para lectura)
Para tener acceso a la memoria MEMWR (para escritura) o MEMRD (para lectura)
El acceso a la memoria es muy importante, bien sea para almacenar/leer datos o para
tomar/modificar algunos parámetros de funcionamiento del computador, los cuales se cargan en
la memoria RAM. El tipo de monitor, el número y dirección de los puertos seriales y paralelos, las
últimas teclas digitadas, la fecha y la hora del sistema, entre una gran cantidad de información,
son algunos de los elementos que se pueden conocer mediante la consulta de unas posiciones de
memoria bien definidas.
Para acceder a la memoria, existen instrucciones básicas en el lenguaje C++ peek (lectura) y poke
(escritura), cada una de ellas posee una variante: peekb pokeb.
Mientras peek lee una palabra (dos bytes consecutivos), peekb lee solamente un byte, igual
sucede con sus análogos pokeb y poke.
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La sintaxis para estas instrucciones es la siguiente.
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Palabra = peekb(segmento, offset);
pokeb(segmento, offset, Palabra);
Byte=peek (segmento, offset);
Poke (segmento, offset, Byte);
Debido a que las direcciones dentro del computador superan los 64 Kbytes , es necesario
definirlas en dos partes: segmento y offset, los segmentos definen bloques de 64 Kbytes y el offset
(desplazamiento) apunta a una dirección particular dentro de este bloque; la dirección completa en
hexadecimal se puede reconstruir con la operación:
Dirección = Segmento *10h + offset
Se debe tener en cuenta que no existe una forma única de representar una dirección. Por ejemplo,
si hacemos referencia a las siguientes posiciones de memoria.
Segmento = 40hOffset
Segmento = 04hOffset
Segmento = 00hOffset
= 00h
= 3C0h
= 400h
[0040:0000]
[0004:03C0]
[0000:0400]
Realmente se refiere a la misma posición de memoria, la 400h. Para verificar lo anterior se puede
emplear el comando Debug que viene en el sistema operativo MSDOS o el comando SID del
DRDOS. Desde allí se puede ejecutar la instrucción D 40:0 y la D0:400 se podrá verificar que los
contenidos de las posiciones de memoria que se muestran son los mismos (Para salir de este
programa utilice el comando Q) Las posibilidades de expresar una misma posición de memoria
con diferentes segmentos y desplazamientos son amplias.
En el lenguaje C++, las instrucciones se encargan de interpretar esta dirección para leer o escribir
sobre ella. Por ejemplo, se encuentra en manuales de los computadores, que la dirección del
primer puerto paralelo disponible se encuentran en las posiciones de memoria definidas por
0040:0008 y siguiente.
Al observar estas posiciones de memoria con el comando Debug, se observa que en la posición
0008 se encuentra el número 78 (o el número BC) y en la siguiente el número 03 (ó el 02); la
interpretación correcta será la dirección 0378h (03BC o 0278, según la configuración del
computador) Esto es debido a que primero se almacena en la memoria el byte menos
significativo.
Con el lenguaje C++, se tienen dos opciones de conocer la dirección del primer puerto paralelo
disponible. Se puede consultar el valor de la palabra que se encuentra a partir de la posición
040:0008 o averiguar el valor de cada uno de los bytes y luego reconstruir la dirección del puerto,
multiplicando el contenido de la posición de memoria 040:0009 por el decimal 256 y luego sumarle
el contenido de la dirección 040:0008; en ambos casos el resultado debe ser el mismo. Las dos
opciones que tenemos para este caso son entonces las instrucciones:
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Puerto = peek (0x40, 0x8);
Puerto = peekb(0x40, 0x9) *256+peekb (0x40, 0x8);
Un ejemplo de programa que obtiene la dirección del primer puerto paralelo disponible, es el
siguiente:
#include <conio.h>
#include <dos.h>
#include <iostream.h>
Void main() {
int puerto;
clrscr();
puerto=peekb (0x40,0x8);
cout<<”Dirección: ” <<puerto;
getch();
}
Cuando se ejecuta el programa, el computador imprime en la pantalla el valor hexadecimal
correspondiente a la dirección del primer puerto disponible. Se pueden hacer las modificaciones
necesarias con respecto a la instrucción peek o con la forma de representar la dirección
[segmento offset], los resultados deben ser los mismos.
Al conocer las posiciones de memoria, podemos hablar de los puertos. Estos son indispensables
debido a que a través de ellos es como ingresa la información al computador (a través de un
modem, un scanner, un convertidor análogo a digital, etc) y a través de otros puertos es como sale
la información (unidad de disco, una impresora, un MODEM, un convertidor digital a análogo, etc)
Pueden conectarse en teoría 65536 puertos al computador y cada no de ellos tiene su propia
dirección.
El lenguaje C++ permite tanto la lectura como la escritura de los puertos a través de instrucciones
similares a las descritas anteriormente. Para leer el puerto existen las instrucciones inport e
inportb. La sintaxis de estas instrucciones es la siguiente:
Palabra=inportb(puerto);
outportb(puerto, Palabra);
Byte=inport(puerto);
outport(puerto, Byte);
Las instrucciones que terminan en b se refieren a la lectura o escritura de un byte, y las que no
terminan en esta letra se refiere a una palabra (dos bytes)
Ejemplos prácticos
Este ejemplo se aplica al circuito conectado al puerto paralelo del computador, teniendo en cuenta
las características de voltaje y demás, antes mencionadas.
#include <conio.h>
#include <dos.h>
void main() {
int puerto;
clrscr();
puerto=peek(0x40,0x8)
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outportb(puerto, 0x1);
getch();
}
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Cuando se ejecuta el programa, se observa que el primer LED (el menos significativo) se activa (si
no es así, proceda a revisar las conexiones realizadas y a verificar que el circuito tenga la
alimentación correcta); Si desea encender los otros LEDS se debe cambiar el valor que se
obtiene por el puerto.
En el ejemplo siguiente se activa el primer LED (el menos significativo), generado por uno (1)
lógico en el bit cero del puerto paralelo, pero además de esto el usuario tiene la opción de
desactivar el LED, generando un cero (0) lógico en el puerto. Esto es realizado por el usuario,
ingresando un valor de cero (0), por medio del teclado.
#include <iostream.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
int puerto;
void main() {
int dato;
clrscr();
puerto=peek(0x40,0x8)
outportb(puerto, 1);
cout<<”El LED menos significativo, esta activado \n”;
cout<<”Digite cero(0) para desactivarlo \n”;
cin>>dato;
if (dato==0)
outportb(puerto,0);
getch();
}
El siguiente ejemplo ilustra la manera de cómo se puede ingresar información al puerto, mostrando
el posible estado de cada uno de los pulsadores en la pantalla del computador, también se puede
utilizar una estructura switch() – case, para lograr el mismo efecto.
#include <iostream.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
void main() {
clrscr();
int leeInform, puerto;
puerto=peek(0x40,0x8)
leeInform=inportb(puerto+1);
if (leeInform == 79)
cout<<”Pulsador 1 cerrado”;
else
cout<<”Pulsador 1 abierto”;
if (leeInform == 87)
cout<<”Pulsador 2 cerrado”;
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else
cout<<”Pulsador 2 abierto”;
if (leeInform == 103)
cout<<”Pulsador 3 cerrado”;
else
cout<<”Pulsador 3 abierto”;
getch();
}
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Analizando el plano del circuito se observa que cada una de las líneas que van desde los
pulsadores (normalmente abiertos) hacia el puerto del computador, permanecen conectadas a
tierra (cero lógico) por medio de las resistencias de 2.2K Ω , cuando se acciona uno de los
pulsadores la línea correspondiente se conecta a 5 Vcc+ (uno lógico) Cualquiera de estos datos
lógicos pueden conocerse por medio de la lectura del puerto (en la dirección puerto +1) con la
función inporb y asignar este valor a una variable (leeInform).
Los valores capturados por la variable leeInform para este ejemplo son: Pulsador1=79,
Pulsador2=87, Pulsador3=103, pero estos valores pueden ser diferentes en otros computadores.
Para averiguar los valores para un computador determinado, se debe conectar el circuito y hacer
una prueba pulsando cada pulsador, e ir imprimiendo los valores de la variable leeInform en la
pantalla.
Como ejercicio se puede crear una rutina o función que detecte los valores para cada uno de los
pulsadores antes de utilizarlos en el programa general.
El siguiente programa muestra la aplicación de la estructura switch.case del lenguaje C++. Este
programa permite al usuario activar por medio del teclado uno de los ocho leds del circuito del
proyecto, se activará uno de los ocho leds, el que corresponda al valor digitado (1 al 8) por usuario
a través del teclado.
#include <iostream.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
void main() {
int puerto, leeInform;
clrscr();
puerto=peek(0x40,0x8)
cout<<”Digite un valor de 1 a 8 para activar el respectivo led”;
cin>> leeInform;
switch(leeInform){
case1:
outportb(puerto, 0x01);break;
case2:
outportb(puerto, 0x02);break;
case3:
outportb(puerto, 0x04);break;
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case4:
outportb(puerto, 0x08);break;
case5:
outportb(puerto, 0x10);break;
case6:
outportb(puerto, 0x20);break;
case7:
outportb(puerto, 0x40);break;
case8:
outportb(puerto, 0x80);break;
default:
outportb(puerto, 0);break;
}
getch();
}
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En el siguiente programa se ilustra como se puede trabajar con la estructura do while, este
programa mejora el desempeño del programa anterior, si se tiene en cuenta que no es necesario
ejecutar el programa cada vez que sea necesario activar un led determinado.
#include <iostream.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
void main() {
int puerto, leeInform;
char salir;
clrscr();
puerto=peek(0x40,0x8)
do{
cout<<”Digite un valor de 1 a 8 para activar el respectivo led”;
cin>> leeInform;
switch(leeInform){
case1:
outportb(puerto, 0x01);break;
case2:
outportb(puerto, 0x02);break;
case3:
outportb(puerto, 0x04);break;
case4:
outportb(puerto, 0x08);break;
case5:
outportb(puerto, 0x10);break;
case6:
outportb(puerto, 0x20);break;
case7:
outportb(puerto, 0x40);break;
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Electiva tecnológica
case8:
outportb(puerto, 0x80);break;
default:
outportb(puerto, 0);break;
}
cout<<”Digite s si desea salir del programa \n”;
cin>> salir;
}while(tolower(salir)!=’s’;
}