Una porta parallela (detta anche LPT, dall'inglese Line Printer, termine derivato da Line Printer Terminal), in elettronica e nell'informatica, è un'interfaccia usata inizialmente per collegare un computer a una stampante o a un plotter e in seguito, nella versione bidirezionale, impiegata anche per altre periferiche tra le quali scanner, unità ZIP, hard disk, lettori di CD-ROM e webcamCreative CTWC e CTWCII (WebCam con connessione parallela). La porta infatti è nata come unidirezionale (trasmissione dati dal computer alla periferica collegata) e solo in seguito è stato sviluppato anche uno standard bidirezionale (IEEE 1284).
La porta parallela è ormai considerata obsoleta: vengono utilizzati altri standard di comunicazione come l'USB (seriale e quindi di minore ingombro, più veloce e multifunzione).
Introduzione La LPT consente il collegamento di diverse periferiche con possibilità di trasferire 8 bit in parallelo nello standard TTL. Sul computer la porta è un connettore femmina detto "a vaschetta" o DB25 con 25 pin.
Sulle stampanti è presente un connettore diverso detto Centronics (dal nome del primo costruttore). La presenza di 8 fili di GND permette di creare una sufficiente schermatura (cavi intrecciati a coppie) dei segnali.
Le porte parallele sui personal computer IBM Indirizzi delle porte parallele Nei computer IBM gli indirizzi riservati alle prime tre porte parallele (anche se nella maggior parte dei casi è presente un'unica porta) sono i seguenti: Nome della porta Interrupt request Indirizzo iniziale di I/O Indirizzo finale di I/O LPT1 IRQ 7 0x378 0x37f LPT2 IRQ 5 0x278 0x27f LPT3 IRQ 7 0x3bc 0x3bf
Per le porte eccedenti Linux lpt_driver sono consigliati gli indirizzi:
Nome della porta Interrupt request Indirizzo iniziale di I/O Indirizzo finale di I/O LPT4 IRQ ? 0x27C 0x27F LPT5 IRQ ? 0x26C 0x26F LPT6 IRQ ? 0x268 0x26B
Registri delle porte parallele Relazione tra pin dei connettori e bit dei registri per le porte parallele:
Indirizzo Bit più significativo Bit meno significativo Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0 Base (Data port) Pin: 9 8 7 6 5 4 3 2 Base+1 (Status port) Pin: ~11 10 12 13 15 Base+2 (Control port) Pin: ~17 16 ~14 ~1
Il simbolo ~ indica che il livello logico tra il pin della porta e il bit del registro viene invertito dall'hardware.
Ogni porta LPT dispone di almeno tre diversi registri: Data port: contiene il byte che deve essere trasmesso o che è stato ricevuto (ad esempio per LPT1: Base = 0x378) Status port: contiene informazioni relative allo stato della porta. Il registro è a sola lettura (LPT1: Base+1 = 0x379) Control port: registro di controllo della porta parallela. Questo registro è a sola scrittura (LPT1: Base+2 = 0x37a)
Piedinatura delle porte parallele La tabella 1 riassume la piedinatura e le funzioni dei vari segnali sul connettore (o sui connettori) della porta parallela del computer e su quello della stampante.
Numeropin(DB25) Numeropin(Centronics) Nomedelsegnale Direzione Registro-bit Segnaleinvertitodall'hardware 1 1 nStrobe Out Control-0 Si 2 2 Data0 In/Out Data-0 3 3 Data1 In/OutData-1 4 4 Data2 In/OutData-2 5 5 Data3 In/OutData-3 6 6 Data4 In/OutData-4 7 7 Data5 In/OutData-5 8 8 Data6 In/OutData-6 9 9 Data7 In/Out Data-7 10 10 nAck In Status-6 11 11 Busy In Status-7 Si 12 12 Paper-Out In Status-5 13 13 Select In Status-4 14 14 nAuto/Linefeed Out Control-1 Si 15 32 nError/nFault In Status-3 16 31 nInitialize Out Control-2 17 36 nSelect-Printer/nSelect-In Out Control-3 Si 18-25 19-30 Ground Gnd - - La "n" che precede il nome del segnale indica che è attivo basso. Ad esempio nError: se la stampante segnala un errore il segnale diventa basso (la tensione è tra 0 e 0,7 volt circa e il bit 3 dello Status Port verrà letto come 0 dal software) mentre se la stampante funziona correttamente il segnale è alto (la tensione è compresa tra 2,2 e 5 volt e il bit 3 dello Status Port verrà letto come 1 dal software). La colonna "Segnale invertito dall'hardware": se ad esempio il segnale Busy va a livello logico 1 il bit 7 (il bit più significativo dello Status Port) verrà letto come 0 dal software. Il bus dati (), in origine disponibile solo in modo uscita, è diventato bidirezionale per ampliare la gamma di periferiche collegabile (Standard IEEE 1284). Pin 1 è lo Strobe, attivo basso, nel caso di una stampante, segnala che sul bus dati è presente un dato correttoIl segnale viene attivato con un ritardo rispetto al bus dati in modo da permettere alle linee dati di stabilizzarsi.. Pin 10, Ack, è un ingresso attivo basso; indica al PC che il dato presente sul bus è stato letto e che la stampante è pronta per ricevere altri dati; consente l'abilitazione della richiesta d'interrupt alla CPU (IRQ7 per LPT1 e LPT3; IRQ5 per LPT2). Pin 11, Busy, ingresso, attivo alto; indica che la stampante è occupata e non può ricevere altri dati, il segnale va alto durante le operazioni di trasferimento e ritorna basso appena la stampante è nuovamente disponibile per ricevere altri dati. Pin 12, Paper-Out, ingresso, attivo alto; indica al PC che la stampante è senza carta. Pin 13, Select, ingresso, attivo alto; indica al PC che la stampante è collegata e pronta a funzionare. Pin 14, Auto/Linefeed, uscita, attivo bassa; indica alla stampante la modalità di avanzamento carta; quando è attivo l'avanzamento è generato da 0x0d (carriage return), quando è alto l'avanzamento sarà operato dalla stampante solo in seguito alla ricezione del carattere 0x0a (line feed o newline). Pin 15, Error/Fault, ingresso, attivo basso, comunica al PC che qualcosa non va nella stampante. Pin 16, Initialize, uscita, attivo basso, serve a interrompere un'eventuale stampa in corso svuotando il buffer della stampante e a riportarla allo stato in cui si trovava dopo l'accensione. Pin 17, Select-Printer, uscita, attivo basso, abilita la stampante a ricevere i dati.
Nelle Motherboard più recenti il connettore LPT è presente solo internamente su connettore 26P IDC la corrispondenza dei pin è per file, ovvero 1IDC-1LPT 2IDC-14LPT 3IDC-2LPT etc.
Protocollo di comunicazione Centronics
La trasmissione di un dato dal PC alla stampante deve rispettare il protocollo Centronics (o Handshake Centronics) che può essere riassunto nei seguenti passi: Il computer controlla se la stampante è pronta verificando che nello Status port: Error = 1, Select = 1, Paper-Out = 0, Busy = 0. Se queste condizioni non sono verificate segnala la condizione di errore o guasto; se invece i bit sono corretti va al passo successivo. Il PC trasferisce un nuovo dato sui pin Data0, ..., Data7. Dopo un tempo di almeno 0,5 μs pone Strobe = 0 (impulso negativo di 1 µs) per indicare che è pronto un nuovo dato. La stampante risponde ponendo Busy = 1 per comunicare che sta acquisendo il dato. Terminata l'operazione di acquisizione pone Ack = 0 (impulso negativo di 8 µs) per comunicare l'avvenuta acquisizione del dato e appena è pronta per ricevere un nuovo dato rimette Busy = 0. Il computer ripete la sequenza dal punto 1 fino al completamento delle operazioni di trasferimento dei dati.
Va evidenziato che: il trasferimento dei dati richiede molto meno tempo della loro effettiva stampa. se la stampante ha riempito il suo buffer manterrà attivo il Busy (= 1) fino a quando non avrà liberato lo spazio per ricevere altri dati.
Altri usi della porta parallela Protezione hardware per il software Per impedire la copia cosiddetta "pirata" di software viene usato un dispositivo da collegare alla porta parallela chiamato in vari modi: chiave hardware, "dongle", "hardware token". Il software interagisce con la chiave hardware e, nel caso non la trovi collegata, impedisce all'utente di usare il programma. Il dispositivo non interferisce (o non dovrebbe interferire) con altri usi della porta in quanto "replica" il connettore femmina per collegare altre periferiche e risultare quindi trasparente per i normali utilizzi della porta. È da tempo sostituito con versioni per USB.
Acquisizione di dati Anche quando la porta parallela era disponibile solo in forma unidirezionale (uscita) si erano realizzati sistemi per usarla per acquisire dati. Non si poteva ovviamente usare i bus dati (), ma si usavano i pin disponibili come ingressi e l'artificio era noto come "Nibble mode" in quanto si acquisivano in sequenza temporale quattro bit alla volta.
Interfaccia di controllo di dispositivi L'interfaccia parallela è in grado di acquisire e di produrre segnali elettrici di controllo, è quindi utilizzabile per usi particolari come comandare relè, circuiti di controllo, programmare memorie, ecc.
Schema di realizzazione per comando esterno d'uso generale
Lo schema riportato può essere implementato su tutti i pin dati della porta per controllare quindi fino a otto dispositivi. Il transistor utilizzato Q1 è un BC548B ma l'uso di un transistor Darlington (ad esempio BC517 o bdx53c) permetterebbe di avere più flessibilità nella scelta di relè eventualmente più potenti. D1 è un diodo del tipo 1N4148 sufficiente se la corrente massima del relè non supera i . Il riquadro con L1 e J1 è l'insieme di un relè a 12 Vcc ma se necessario si può usare anche un relè a 24 Vcc (tensione che va fornita da un alimentatore non rappresentato nello schema) Il resistore R2 è solo indicativo di un generico carico in corrente continua o alternata (non è rappresentata la sua alimentazione che dovrebbe essere in serie al carico) Il circuito rappresentato nello schema elettrico è puramente indicativo: eventuali protezioni (per esempio con l'uso dell'integrato 74ls244/74ls245 o di un buffer) e rispetto di normative di sicurezza non sono indicate.
Qualche nota esplicativa sullo schema La porta parallela non inverte i segnali: quando nel registro dati si scrive 7 la porta assume il valore binario 00000111 e quindi si attivano i tre relè eventualmente collegati ai pin Data0, Data1 e Data2, mentre gli altri restano spenti.
Per questo motivo è stato usato il transistore Q1 in configurazione non invertente a emettitore comune.
Quando il pin della porta va alto sulla base del transistore il resistore R1 da 4,7 kΩ limita la corrente sulla base a circa e contemporaneamente non sovraccarica la porta. Questa corrente porta il transistor in saturazione e quindi attiva il relè (che però deve assorbire una corrente massima di ). Quando invece va a zero volt il transistor va in interdizione e il relè stacca il carico.
Il diodo ai capi del relè con il catodo verso +12 Vcc serve a scaricare la corrente di autoinduzione che viene a crearsi quando il transistor Q1, da saturo (acceso), va in interdizione (spento), in modo che non si creino sovratensioni che potrebbero danneggiarlo.
Programmazione Il seguente programma in C++ per GNU/Linux è un esempio di base per l'utilizzo della porta parallela: #include <iostream> #include <cstdio> #define LPT 0x378 using namespace std; int main() { /* nel caso di funzionamento in modalità 386 (GNU/Linux) si rende necessario il comando */ iopl(3); /* l'impostazione dell'i/o permission level nel processore per indicare che le operazioni di i/o sono fisiche e non virtuali */
int numero_out=0; outb(LPT,0); cin>>numero_out; outb(LPT,numero_out); getchar(); outb(LPT,0); return 0; }
La riga 00 definisce che ad LPT viene assegnato l'indirizzo esadecimale della porta parallela, 0x378. Nella 03 definiamo una variabile (intero), in questo caso numero_out a cui, nella riga 05, verrà assegnato un valore immesso da tastiera.
Nella 04 viene richiamata una funzione, , che è già definita nella libreria standard , in questo caso serve ad azzerare i valori "parassiti" presenti nella porta nel caso ce ne siano.