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用VC實現PC並行端口數字信息的輸入/輸出

編輯：關於VC++

源代碼包中：

parallelportcontrol.rar為示例工程下載

WinIoLib.rar為WinIo庫下載

目前，在實驗室和工業應用的各種控制系統中，串口是常用的計算機與外部控制系統之間的數據傳輸通道。由於串行通信方便易行，所以應用廣泛。但是使用串行通信，在實時性、速度、數據量等方面受到限制。而計算機的並行端口傳輸數據時是一次性傳送8個位（一個字節）或更多，由於傳輸量較大，因此數據的傳輸速度要比串口快，在許多必須講究傳輸速度的控制系統裡，用PC並行端口與之連接就是一個很好的解決方案。

本文介紹PC並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，都可以通過計算機並行端口進行采集；並將采集的數字信號經計算機處理後形成數字控制信號，再從計算機的並行端口輸出進行各種自動控制。

一、PC並行端口介紹

目前，計算機中的並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“並行”，是指8位數據同時通過並行線進行傳送，這樣數據傳送速度大大提高。

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

SPP標准並行口有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簡單雙向並行口：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型並口是指所有具有雙向數據端口，但不支持後面介紹的EPP或ECP模式的並行接口。

EPP增強並行口: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口擴展並行口:是雙向數據端口，並能以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標准配備並行口介紹

本文主要介紹計算機的標准配備並行端口即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並行端口。並行端口共有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，分別是用於數據的傳送、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，標准並行口使用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並口的信號的。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，或是原來保留在裡面的數據，並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 0 Pin2 D0 PC 否 1 Pin3 D1 PC 否 2 Pin4 D2 PC 否 3 Pin5 D3 PC 否 4 Pin6 D4 PC 否 5 Pin7 D5 PC 否 6 Pin8 D6 PC 否 7 Pin9 D7 PC 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支腳就相當於是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位不出現在並口連接器中。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傳輸並口的超時標志信息，可以用軟件方法清零。在許多並口中，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　　 3 Pin15 nError(nFault) 外設否 4 Pin13 Select 外設否 5 Pin12 PaperEnd 外設否 6 Pin10 nAck 外設否 7 Pin11 Busy 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，這裡地址並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。

如果打印機接到並口上，那麼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。由於這幾支腳可以讓打印機傳送狀態給PC，那麼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不出現在並口連接器中。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”，然後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 0 Pin1 nStrobe PC 是 1 Pin14 nAutoLF PC 是 2 Pin16 nInit PC 否 3 Pin17 nSelectIn PC 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”是指並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。

計算機的標准配備並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並行口數字輸入/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並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。本文給出了並行端口3種寄存器的讀寫方法，如下圖所示：

四、PC並行口數字輸入/輸出的VC實現

由於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的內核去編寫屬於系統級的設備驅動程序。對並行口的讀寫操作就是如此，由於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。系統開機後，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。

本文只是介紹並行口作為數字I/O口的使用，不在於介紹並行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 調用操作並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並行口數字輸出的VC實現(示例工程下載)

為了測試並行口的數字輸出，可以准備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並行口的歸地引腳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位是寫入什麼電平，連接器上既是什麼電平

(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位是寫入什麼電平，連接器上既是什麼電平

PC並行口數字輸入的VC實現

(1)：狀態端口數字輸入的VC實現

為了測試並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。引腳接好後，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

為了測試並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。引腳接好後，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

為了測試並行口的數字輸入，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。引腳接好後，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;