本文介紹PC并行端口在單片機等控制系統中作為數字I/O口的應用。在控制系統中，有許多的數字開關量、數字控制信號、數字信號等，都可以通過計算機并行端口進行采集;并將采集的數字信號經計算機處理后形成數字控制信號，再從計算機的并行端口輸出進行各種自動控制。

　　一、PC并行端口介紹

　　目前，計算機中的并行接口主要作為打印機端口，接口使用的不再是36針接頭而是25針D形接頭。所謂“并行”，是指8位數據同時通過并行線進行傳送，這樣數據傳送速度大大提高。

　　現在常見的并口有五種：SPP型、PS/2型、EPP型、ECP型和多模式接口，大多數PC機配有SPP并口：

　　SPP標準并行口有4位、8位、半8位:4位口一次只能輸入4位數據，但可以輸出8位數據;8位口可以一次輸入和輸出8位數據;半8位也可以。

　　PS/2簡單雙向并行口：它引入雙向數據端口，這種雙向數據端口容許外設每次向PC機發送8位信息。PS/2型并口是指所有具有雙向數據端口，但不支持后面介紹的EPP或ECP模式的并行接口。

　　EPP增強并行口:允許8位雙向數據傳送，它可以在大約1ms的時間內完成包括握手聯絡在內的一個字節的數據傳送;而SPP或SP/2接口則需要大約4ms才能完成同樣的工作。因此可以連接各種非打印機設備，如掃描儀、LAN適配器、磁盤驅動器和CDROM 驅動器等。

　　ECP口擴展并行口:是雙向數據端口，并能以ISA總線速度傳送數據。ECP有緩沖區，支持命令周期、數據周期和多個邏輯設備尋址，在多任務環境下可以使用DMA(直接存儲器訪問)。

　　多模式接口：許多新型接口支持多種模式，可以工作在以上提到的部分或全部模式下，用戶可以使用配置選擇，使用上述各種接口形式，或只使用其中一些而禁止其它。

　　二、PC標準配備并行口介紹

　　本文主要介紹計算機的標準配備并行端口即25針的母接頭端口的應用，在此基礎上可以運用相同的原理使用其它模式的并行端口。并行端口共有25支腳，但不是每支腳均被使用到。這些腳被區分為3種主要的功能，分別是用于數據的傳送、檢查打印機的狀態及控制打印機，其接口如下所示：

?

　　在PC機中，標準并行口使用3個8位的端口寄存器，PC就是通過對這些寄存器，也就是所說的數據、狀態、控制寄存器的讀寫訪問并口的信號的。本文中使用一些通用的叫法，8個數據位分別為D0～D7，5個狀態位為S3～S7，4個控制為C0～C3。其中字母表示了端口寄存器，數字則表示該信號在寄存器中的位。

　　數據寄存器

　　數據端口或稱數據寄存器(D0～D7)保存了寫入數據輸出端口的一字節信息。數據端口可以寫入數據，也可以讀出數據(即可擦寫);寫進去的當然是我們希望從數據端口引腳輸出的數據，不過讀進來的也只是我們上次寫進去的數據，或是原來保留在里面的數據，并不是從端口引腳輸入PC的數據。數據端口引腳是PIN2～PIN9，其定義如下：

　　數據寄存器(即數據輸出端口) 可擦寫、基地址

　　bit引腳：D-sub信號名信號源是否在連接器處倒相

　　0Pin2D0PC否

　　1Pin3D1PC否

　　2Pin4D2PC否

　　3Pin5D3PC否

　　4Pin6D4PC否

　　5Pin7D5PC否

　　6Pin8D6PC否

　　7Pin9D7PC否

　　如果我們把這8支腳當成一般的數字輸出的腳位看待，上述8支腳就相當于是8個數字輸出的位置一般，我們就可以把它們當成是8個可以自由控制的輸出點。當我們通過數據端口傳送數據時，就是改變這8支腳的電平狀態;而接受方也按照相同的編碼原則解釋，就可以獲得傳送的數據。

　　狀態寄存器

　　狀態端口或稱狀態寄存器保存的是5個輸入(S3～S7)的邏輯狀態。S0～S2位不出現在并口連接器中。除了S0以外，狀態寄存器是只讀的，讀出數據信息是狀態端口引腳上的邏輯狀態。S0是支持EPP傳輸并口的超時標志信息，可以用軟件方法清零。在許多并口中，狀態輸入接有上拉電阻。狀態端口引腳是Pin10～Pin13、Pin15，其定義如下：

　　狀態寄存器(即狀態輸入端口) 基地址+1

　　bit引腳：D-sub信號名信號源是否在連接器處倒相

　　0　Time-Out

　　1　未使用

　　2　未使用

　　3Pin15nError(nFault)外設否

　　4Pin13Select外設否

　　5Pin12PaperEnd外設否

　　6Pin10nAck外設否

　　7Pin11Busy外設是

　　上表中所謂的(基地址+1)指的是：如果我們的LPT地址是378H，在加上1就是379H;這個地址是專門用來傳遞打印機的狀態的。和數據地址比較起來不一樣的是，這里地址并非在連接器的腳位上均有對應點。在這個狀態的顯示上只有5個腳位有對應，位S0～S2是沒有的--最起碼是無法讓計算機有對應的值可讀取。

　　如果打印機接到并口上，那么打印機的狀態將會通過這幾支腳傳送到PC，程序只要去基地址+1的位置讀取數值即可知道現在打印機所處的狀態。由于這幾支腳可以讓打印機傳送狀態給PC，那么我們可以把這幾支腳位拿來當作數字輸入的通道;我們可以讓這幾支腳位的狀態發生電位的改變，而利用程序去讀取這些腳位的數值，即可實現數據的輸入。

　　控制寄存器

　　控制端口或稱控制寄存器保存了C0～C3的4位的控制信息。C4～C7不出現在并口連接器中。一般來說，這些位被用來輸出，然而大多數SPP中，控制位為集電極開路/漏極開路模式，也就是說，它們同樣可以用作輸入。要從控制位上讀取外部邏輯信號，首先將向相應的輸出寫入“1”，然后讀取控制寄存器的值即可。但是，為了提高交換速度，大多數支持EPP和ECP接口中，控制位工作在不能用作輸入的推拉模式下。在一些多模式接口中，控制位采用的是改進型的推拉模式，可以用作輸入。控制端口引腳是Pin1、Pin14、Pin16和Pin17，其定義如下：

　　控制寄存器(即控制輸出端口) 基地址+2

　　bit引腳：D-sub信號名信號源是否在連接器處倒相

　　0Pin1nStrobePC是

　　1Pin14nAutoLFPC是

　　2Pin16nInitPC否

　　3Pin17nSelectInPC是

　　4　IRQ

　　5　未使用

　　6　未使用

　　7　未使用

　　上表中所謂的(基地址+2)指的是：如果我們的LPT地址是378H，在加上1就是37AH;這個地址是專門用來控制打印機動作的。

　　如同數據的送出，我們的程序只要將我們的信息送往(基地址+2)的地址去，就可以實現數據輸出，接受端在相應引腳就可以接受到相應的邏輯電位狀態。當控制端口的信號源為高電平時，這些引腳可以作為輸入引腳，如同狀態端口引腳一樣。

　　在上述定義表格中，所謂“是否在連接器處倒相”是指并口硬件將連接器與相應寄存器位之間的4個信號進行了倒相處理。具體說來，S7、C0、C1、C3信號的邏輯狀態在連接器處是與相應寄存器位反相的。當你對這些位進行寫操作時，必須牢記寫入的值應該與你想在連接器處設置的值相反;當要對這些位進行讀操作時，也必須記住所讀取的值與連接器處的值相反。

　　計算機的標準配備并行端口除以上介紹的數據端口引腳Pin2～Pin9、狀態端口引腳Pin15、Pin10～Pin13、控制端口引腳Pin1、Pin14、pin16、Pin17外，連接器上的 其它引腳Pin18～Pin25是歸地引腳GND。

　　三、PC并行口數字輸入/輸出

　　所謂的數字輸出就是在程序要求某一個設備的某一開關點開或關，產生高電位或低電位。從計算機的觀點來說，低電位就是0.7V以下(邏輯0)，而高電位是2.1V以上(邏輯1)，若電位處在0.7～2.1V時，電位的邏輯狀態是不確定的。想要通過計算機去控制外部設備，最簡單的方法就是控制數字輸出。

　　所謂的數字輸入，也就是外界的狀況被計算機用0或1的數值予以記錄下來而儲存，此0與1就代表了外界某一個設備的某一開關點開或關的兩種情形。

　　PC并行口即可以作數字輸出口，也可以作數字輸入口。其中的數據端口、控制端口都可以作為數字輸出端口，數據端口共8位，控制端口共4位，兩個端口可以組成1～12位的任意數字輸出端口;其中的狀態端口、控制端口都可以作為數字輸入端口，狀態端口共5位，控制端口共4位，兩個端口可以組成1～9位的任意數字輸入端口。本文給出了并行端口3種寄存器的讀寫方法，如下圖所示：

?

　　四、PC并行口數字輸入/輸出的VC實現

　　由于Windows對系統底層操作采取了屏蔽的策略，因而對用戶而言，系統變得更為安全，但這卻給眾多的硬件或者系統軟件開發人員帶來了不小的困難，因為只要應用中涉及到底層的操作，開發人員就不得不深入到Windows的內核去編寫屬于系統級的設備驅動程序。對并行口的讀寫操作就是如此，由于Windows對系統的保護，絕對不允許任何的直接I/O動作發生，所以必須帶上*.dll、*.sys或*.vxd文件，這些文件用來讓操作系統知道有一個特定的I/O可能會被調用。系統開機后，這些文件中的內容就會加載到內存中，一旦有對應的動作發生，就會引發I/O的實際動作。

　　本文只是介紹并行口作為數字I/O口的使用，不在于介紹并行I/O口驅動的編寫。故本文中直接使用由 Yariv Kaplan 編寫的 WinIo 庫，它有如下特點：WinIo 庫通過使用內核模式下設備驅動程序和 其它一些底層編程技巧繞過 Windows 安全保護機制，允許32位 Windows 程序直接對 I/O 口進行操作。

　　支持Windows 9x、Windows NT、Windows2000、WindowsXP環境;在Windows NT/2000/XP下，允許非 Administrator 用戶應用 WinIo 應用程序;不支持中斷。

　　注意事項：使用這個類代碼時請確保不要與其它使用常規 Win32 調用操作并行端口的程序發生沖突。

　　WinIo庫在VC應用程序中的使用(WinIo庫下載)

　　為了在VC中能正常使用WinIo庫,必須按以下步驟進行配置：

　　(1)：將WinIo.dll、WinIo.sys、WINIO.VXD三個文件放在程序可執行文件所在目錄下;

　　(2)：將WinIo.lib添加到工程中,WinIo.lib及winio.h文件必須放在工程目錄下;

　　(3)：在StdAfx.h頭文件中加入#include "winio.h"語句;

　　(4)：調用InitializeWinIo函數初始化WinIo驅動庫;

　　(5)：調用讀寫IO口的GetPortVal或SetPortVal函數;

　　(6)：調用ShutdownWinIo函數;

　　在非管理員權限下運行，必須首先完成以下步驟：

　　(1)：將WinIo.dll、WinIo.sys、WINIO.VXD三個文件放在任一WinIo應用程序可執行文件所在目錄下;

　　(2)：以管理員或其它具有管理員權限的用戶身份登陸;

　　(3)：調用InstallWinIoDriver函數，第一個參數設置為WinIo.sys文件所在目錄路徑，第二個參數設置為false;

　　(4)：重新啟動系統;

　　(5)：以普通用戶身份登錄，現在可以調用WinIo庫函數;

　　(6)：當不再需要WinIo庫時，可以再次以管理員身份或其它具有管理員權限的用戶身份登陸系統，調用RemoveWinIoDriver卸載該庫;

　　WinIo庫中幾個函數說明：

　　(1):初始化與終止

　　bool _stdcall InitializeWinIo();

　　void _stdcall ShutdownWinIo();

　　(2):安裝與卸載

　　bool _stdcall InstallWinIoDriver(PSTR pszWinIoDriverPath, bool IsDemandLoaded = false);

　　bool _stdcall RemoveWinIoDriver();

　　(3):讀寫I/O口

　　bool _stdcall GetPortVal(WORD wPortAddr, PDWORD pdwPortVal, BYTE bSize);

　　bool _stdcall SetPortVal(WORD wPortAddr, DWORD dwPortVal, BYTE bSize);

　　GetPortVal函數從指定端口讀取一個BYTE/WORD/DWORD類型的值;

　　wPortAddr是指定一個端口地址值;

　　pdwPortVal為指向一雙字節型變量的指針，該變量存儲從wPortAddr端口讀取的值;

　　bSize指定讀取字節數，值可以為1，2或4。

　　SetPortVal函數向指定端口寫入一個BYTE/WORD/DWORD類型的值;

　　除dwPortVal為輸入參數，表示待寫入外，其余個變量含義與GetPortVal相似。

　　PC并行口數字輸出的VC實現(示例工程下載)

　　為了測試并行口的數字輸出，可以準備12支LED發光二極管，將LED的陽極分別與數據端口引腳Pin2～Pin9和控制端口引腳Pin1、Pin14、Pin16、Pin17相連接;將LED的陰極連接在一起與并行口的歸地引腳GND相連即可。在實際控制應用中不能這樣連接，因為數據端口引腳、控制端口引腳輸出的電流非常小，只有10mA左右，必須添加 其它硬件電路。

　　(1)：數據端口數字輸出的VC實現

　　//獲得數據端口地址

　　WORD m_nport=(WORD)0x378;

　　//獲得要寫入數據端口的值WriteValue(數據范圍為0～255)

　　DWORD m_nValue=(DWORD)WriteValue;

　　//調用WinIo庫函數SetPortVal寫端口值

　　SetPortVal(m_nport, m_nValue, 1);//write a BYTE value to an I/O port

　　(2)：控制端口數字輸出的VC實現

　　//獲得控制端口地址

　　WORD m_nport=(WORD)0x37A;

　　//獲得控制端口的值,保持高位值不變，將要輸出的值從低4位輸出，且使連接器上的電位狀態與想輸出的值一致

　　DWORD temp_dwPortVal;

　　unsigned int temp_aa;

　　GetPortVal(m_nport, &temp_dwPortVal, 1); //reads a BYTE value from an I/O port

　　temp_aa=(unsigned int)temp_dwPortVal;

　　temp_aa=temp_aa&0x0F0; //取低8位值,將低4位置為0;高4位不變;

　　temp_aa=temp_aa^0x0B; //將低4位中C0、C1、C3置為1，C2置為0;高4位不變;

　　//獲得要寫入控制端口的值WriteValue(數據范圍為0～15)

　　unsigned int WriValue;

　　WriValue=WriteValue&0x0F; //取低4位;

　　temp_aa=temp_aa^WriValue; //將寫入值的低4位中的C0、C1、C3取反，C2位不變，高4位保持端口值不變

　　SetPortVal(m_nport, (DWORD)temp_aa, 1); //寫出的值中，高4位保持端口原來的值不變，

　　//低4位是寫入什么電平，連接器上既是什么電平

　　(3)：數據端口及控制端口組合成12位數字輸出的VC實現

　　//獲得端口地址

　　WORD m_nportData=(WORD)0x378;

　　WORD m_nportControl=(WORD)0x37A;

　　//獲得要寫入端口的值WriteValue(數據范圍為0～4095)

　　DWORD m_nValue=(DWORD)(WriteValue&0x0FF);//取低8位值

　　SetPortVal(m_nportData, m_nValue, 1);//write a BYTE value to Data port

　　DWORD temp_dwPortVal;

　　unsigned int temp_aa;

　　GetPortVal(m_nportControl, &temp_dwPortVal, 1); //reads a BYTE value from an I/O port

　　temp_aa=(unsigned int)temp_dwPortVal;

　　temp_aa=temp_aa&0x0F0; //取低8位值,將低4位置為0;高4位不變;

　　temp_aa=temp_aa^0x0B; //將低4位中C0、C1、C3置為1，C2置為0;高4位不變;

　　unsigned int WriValue;

　　WriValue=WriValue>>8;//取高4位值

　　temp_aa=temp_aa^WriValue; //將寫入值的低4位中的C0、C1、C3取反，C2位不變，高4位保持端口值不變

　　SetPortVal(m_nportControl, (DWORD)temp_aa, 1); //寫出的值中，高4位保持端口原來的值不變，

　　//低4位是寫入什么電平，連接器上既是什么電平

　　PC并行口數字輸入的VC實現

　　(1)：狀態端口數字輸入的VC實現

　　為了測試并行口狀態端口的數字輸入，可以將數據端口引腳Pin2～Pin6連接到狀態端口引腳Pin15、Pin13、Pin12、Pin10、Pin11上。引腳接好后，先從數據端口輸出數據，在從狀態端口和控制端口讀出數據，讀出的數據應與寫入的數據一致，數據范圍為0～31。

　　DWORD dwPortVal;

　　unsigned int ValueGet=0;

　　//獲得端口地址

　　WORD m_nport=(WORD)0x379;

　　//獲得端口數據

　　GetPortVal(m_nport, &dwPortVal, 1);

　　ValueGet=(unsigned int)dwPortVal;

　　ValueGet=ValueGet^0x80; //保持得到的State值與連接器處的值一直;

　　ValueGet=ValueGet&0xF8; //去掉S0 ～S2位;

　　ValueGet=ValueGet>>3; //右移3位，將S7～S3變為低5位

　　(2)：控制端口數字輸入的VC實現

　　為了測試并行口控制端口的數字輸入，可以將數據端口引腳Pin2～Pin5連接到控制端口引腳Pin1、Pin14、Pin16、Pin17上 。引腳接好后，先從數據端口輸出數據，在從狀態端口和控制端口讀出數據，讀出的數據應與寫入的數據一致，數據范圍為0～15。

　　//獲得端口地址

　　WORD m_nport=(WORD)0x37A;

　　//===== 將C0～C3位置1，即使連接器上為高電平 ，使控制端口為輸入端口=====

　　DWORD temp_dwPortVal;

　　unsigned int temp_aa;

　　GetPortVal(m_nport, &temp_dwPortVal, 1); //獲取端口的當前值

　　temp_aa=(unsigned int)temp_dwPortVal;

　　temp_aa=temp_aa&0x0F0; //取低8位值,將低4位置為0;高4位不變;

　　temp_aa=temp_aa^0x4; //將低4位中C0、C1、C3置為0，C2置為1;高4位不變;

　　SetPortVal(m_nport, (DWORD)temp_aa, 1); //寫出的值中，高4位保持端口原來的值不變，

　　//低4位是寫高電平，即使連接器上是高電平

　　//=============================================================

　　unsigned int ValueGet=0;

　　DWORD dwPortVal;

　　//獲得端口數據

　　GetPortVal(m_nport, &dwPortVal, 1);

　　ValueGet=(unsigned int)dwPortVal;

　　ValueGet=ValueGet^0x0B; //保持C0,C1,C3位的值與連接器處的值一至;

　　ValueGet=ValueGet&0x0F; //去掉高4位值

　　(3)：控制端口及狀態端口組合成9位數字輸入的VC實現

　　為了測試并行口的數字輸入，可以將數據端口引腳Pin2～Pin9連接到控制端口引腳Pin1、Pin14、Pin16、Pin17和狀態端口引腳Pin15、Pin13、Pin12、Pin10上 ，Pin11引腳連接到歸地引腳GND或懸空。引腳接好后，先從數據端口輸出數據，在從狀態端口和控制端口讀出數據，讀出的數據應與寫入的數據一致，當Pin11引腳連接到歸地引腳GND時，數據范圍為0～255;當Pin11引腳懸空時，數據范圍為256～511。

　　unsigned int ValueGet=0;

　　//獲得端口地址

　　WORD m_nportState=(WORD)0x379;

　　WORD m_nportControl=(WORD)0x37A;

　　//Read State Port

　　DWORD dwPortVal;

　　unsigned int ValueState=0;

　　GetPortVal(m_nportState, &dwPortVal, 1);

　　ValueState=dwPortVal;

　　ValueState=ValueState^0x80; //保持得到的State值與連接器處的值一直;

　　ValueState=ValueState&0xF8; //去掉S0 ～S2位;

　　ValueState=ValueState<<1; //左移1位，將S7～S3變為高5位

　　//Read control Port

　　//========== 將C0～C3位置1，即使連接器上是高電平 ，使控制端口為輸入端口=====

　　GetPortVal(m_nportControl, &dwPortVal, 1); //獲取端口的當前值

　　ValueGet=(unsigned int)dwPortVal;

　　ValueGet=ValueGet&0x0F0; //取低8位值,將低4位置為0;高4位不變;

　　ValueGet=ValueGet^0x4; //將低4位中C0、C1、C3置為0，C2置為1;高4位不變;

　　SetPortVal(m_nportControl, (DWORD)ValueGet, 1); //寫出的值中，高4位保持端口原來的值不變，

　　//低4位是寫高電平，即使連接器上是高電平

　　//=============================================================

　　unsigned int ValueControl=0;

　　GetPortVal(m_nportControl, &dwPortVal, 1);

　　ValueControl=(unsigned int)dwPortVal;

　　ValueControl=ValueControl^0x0B; //保持C0,C1,C3位的值與連接器處的值一至;

　　ValueControl=ValueControl&0x0F; //去掉高4位值

　　//get 9bit value

　　ValueGet=ValueState^ValueControl;

　　五、結束

　　本文只是介紹PC并行端口作為數字I/O口的應用方法，在實際運用到控制系統中進行數字信號通信時，必須注意對并行端口信號進行其它的處理，以提高端口信號的抗干擾能力、穩定性及可靠性等。