USB-zu-Parallel-Umsetzer

Stichworte: USB, LPT, Parallel, Parallelport, Druckerport, Konverter, Adapter; Programmer, ATmega, ISP, FPGA, CPLD, JTAG; Portzugriff, IEEE 1284, IEEE1284

USB-zu-Parallel-Umsetzer „USB2LPT“

Eine Bauanleitung, Fertiggerät verfügbar

Im Gegensatz zu allen anderen USB→Parallel-Adaptern ermöglicht dieses hier den Anschluss beliebiger Hardware (nicht nur Drucker), ohne Software anzupassen! Ein Parallelport wird durch den zugehörigen Treiber virtualisiert. Die Schaltung passt in ein gewöhnliches Stecker-Gehäuse.

Ein umgekehrtes Gerät (LPTzUSB), welches den Anschluss eines USB-Druckers an ein Parallelport ermöglicht, ist funktionstüchtig und nachbaubar.

Dieses USB2LPT kann nicht (sinnvoll) dazu eingesetzt werden, parallele Druckdaten eines anderen Rechners aufzusammeln. Dazu gibt es LptCap, basierend auf FT245.

Für Anfragen nach Fertiggeräten bitte mailen.

Liste der funktionierenden Programme
Zur Treiber-Software
USB2LPT ist ein Multifunktionsgerät, unfertig weil JTAG noch fehlt, Dokumentation gesucht!
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Das Anwendungsprogrammierer-Interface (API) zum Direktzugriff aufs USB2LPT ohne INPOUT32.DLL und ähnliches

Einsatzgebiete

Typische Geräte sind:

Programmiergeräte (AVR, JTAG …)

Datenlogger, Datenerfassung

„Langsame“ Steuerungen, wie Garten, Modelleisenbahn, Kassen-Öffner …

Synchrone Bus-Anschlüsse, wie I²C, SPI …

Labor-Automatisierung, einfache Roboter

Unzweckmäßig ist der Einsatz für:

Drucker, dafür gibt es billigere Lösungen
Drucker in der DOS-Box oder bei spezialisierten Windows-Programmen (die LPTx verlangen, bspw. Aposoft): USB-Drucker gibt man als Netzlaufwerk(!) frei und mountet sie mittels „net use LPT1: Freigabename“. Diese Einstellung ist persistent (übersteht Reboots). Probleme gibt es nur bei x64-Windows-Versionen.
Oder aber man benutzt andere, bessere DOS-Emulatoren, bspw. DOSbox-MB5.

Bestimmte Gerätekategorien sind von der Emulation leider ausgeschlossen:

Scanner und solche in Multifunktionsgeräten (Treiber ist nicht genügend Windows-konform)
ZIP-Laufwerke (Treiber ist nicht genügend Windows-konform)
»Absichtlich« am Debugregister-Trap vorbeiprogrammiertes, wie moderne Dongles (= Software-Schutzstecker, etwa ab 1995)
Für diese gibt es für jede gängige Software USB-Varianten und -Updates. Alte Dongles (Software vor 1995) sollten funktionieren.

Die Software muss selbstverständlich unter Windows lauffähig sein! Bei DOS-Programmen genügt Ausführbarkeit in einer DOS-Box. Auch 16-bit-Windows-Programme werden unterstützt. Als Prozessor wird ein Pentium oder höher vorausgesetzt. x64-Betriebssysteme sind vorläufig zu neu, ein geeigneter Treiber ist in Arbeit.

Einschränkungen, Performance

Das Abfangen der Portzugriffe erfolgt im Windows-Treiber im privilegierten Modus. Die dabei »verbrauchte« Zeit ist jedoch gering gegenüber der, dass bei jedem IN-Befehl (Port[]-Lesen, inportb()) ein USB-Rahmen von 125 µs Dauer (Low-Speed, Full-Speed: sogar 1 ms) abgewartet werden muss. Das kann im Extremfall zu 100facher Zeitdehnung(!) führen.
Bleibt zu hoffen, dass es bei Ihrer Software nicht so ist. Die Wartezeit kommt anderen Prozessen zu Gute. Einziger Ausweg ist die Änderung der Software (das sollte ja vermieden werden).
OUT-Befehle (Port[]-Schreiben, outportb()) führen zu keiner nennenswerten Verlangsamung.

Es ist nicht sinnvoll, diesen Umsetzer nur zur Ansteuerung eines Druckers zu verwenden, dafür sind die sonstigen USB-zu-Parallel-Konverter geeigneter, die es überall zu kaufen gibt (bspw. bei Einkauf Reichelt: AK USB 102 für 5,95 €) (Alle Preisangaben ohne Gewähr!). Eine Drucker-kompatible USB-Schnittstelle ist jedoch in der Firmware als »Beigabe« implementiert, siehe Multifunktionsgerät. So gibt es bei Verwendung mit Druckern keine Geschwindigkeits-Einbußen.

Programme, die ihrerseits Kernel-Treiber zum Zugriff aufs Parallelport mitbringen, bereiten in der Regel keine Probleme wegen der »Härte« eines Debugregister-Traps.

Es kann Interferenzen mit Debuggern geben. Für Programm-Entwicker ist dieser Umsetzer ohnehin uninteressant.

Hinweis: Genau betrachtet ist der Aufwand für diesen Konverter oftmals überflüssig, denn für PCs ohne Parallelport gibt es PCI-Karten (11 €) oder PCIexpress-Karten (20 €), und für Laptops ohne Parallelport gibt es PCMCIA-Karten dafür. Allerdings sind diese ungleich teurer und im Fall von PCI auch weniger gut handhabbar (PC muss ausgeschaltet und geöffnet werden).
Bei ExpressCard-Adaptern muss man aufpassen und solche kaufen, die intern per PCIexpress und nicht per USB funktionieren.
Funktioniert angeblich:

Delock 66220 (40 €)
Delock 61623 (45 €)
Funktioniert definitiv nicht:

Delock 66215 (29 €)
Somit braucht man USB2LPT eigentlich nur noch für Netbooks und Subnotebooks ohne ExpressCard-Anschluss.
Die Parallelport-Anschlussmöglichkeiten zusammengefasst:

Parallelport via Original-Adresse? schnell? Max. Ports steckbar im Betrieb? Am PC? Am Notebook? Kosten ca. / € Bemerkung
Onboard ja ja (1-5 µs) 1 - alte Boards alte Geräte 0 Beste Lösung
ISA-Karte ja ja (1-5 µs) 3 nein alte Boards nein 0 (Trödelmarkt)
PCI-Karte nein (verschoben) ja (1-2 µs) ≥ 3 nein ja nein 11
PCIexpress-Karte nein (verschoben) ja (1-2 µs) ≥ 3 nein ja nein 20
PCMCIA-Karte ja ja (1-10 µs) 3 ja mit Adapter alte Geräte 50+ (Trödelmarkt)
ExpressCard via PCIe nein (verschoben) ja (1-2 µs) ≥ 3 ja mit Adapter ja 40
h#s USB2LPT ja (emuliert) nein (≥ 125 µs) 255 ja ja ja 30 open-source
ExpressCard via USB keine Adresse OUT: ja (≤ 10 µs)
IN: nein (1000 µs) typ. 2 ja nein ja 30 Für Drucker
USB→Drucker-Konverter keine Adresse ≈ 100 ja ja ja 6
eSATA2LPT ja (emuliert) ja (5 µs) typ. 2 nein mit Adapter via eSATA 30 in Entwicklung

Parallelport via	Original-Adresse?	schnell?	Max. Ports	steckbar im Betrieb?	Am PC?	Am Notebook?	Kosten ca. / €	Bemerkung
Onboard	ja	ja (1-5 µs)	1	-	alte Boards	alte Geräte	0	Beste Lösung
ISA-Karte	ja	ja (1-5 µs)	3	nein	alte Boards	nein	0 (Trödelmarkt)
PCI-Karte	nein (verschoben)	ja (1-2 µs)	≥ 3	nein	ja	nein	11
PCIexpress-Karte	nein (verschoben)	ja (1-2 µs)	≥ 3	nein	ja	nein	20
PCMCIA-Karte	ja	ja (1-10 µs)	3	ja	mit Adapter	alte Geräte	50+ (Trödelmarkt)
ExpressCard via PCIe	nein (verschoben)	ja (1-2 µs)	≥ 3	ja	mit Adapter	ja	40
h#s USB2LPT	ja (emuliert)	nein (≥ 125 µs)	255	ja	ja	ja	30	open-source
ExpressCard via USB	keine Adresse	OUT: ja (≤ 10 µs) IN: nein (1000 µs)	typ. 2	ja	nein	ja	30	Für Drucker
USB→Drucker-Konverter	keine Adresse	≈ 100	ja	ja	ja	6
eSATA2LPT	ja (emuliert)	ja (5 µs)	typ. 2	nein	mit Adapter	via eSATA	30	in Entwicklung

Aktuelle Versionen

Es gibt auch ältere Ausgaben, die unter Umständen leichter nachbaubar sind, sowie ein Nachbauvorschlag mit Durchsteck-Bauteilen. Sie werden ebenfalls softwaretechnisch voll unterstützt.

Low-Speed
(Aufbau-Anleitung) USB2LPT Ausgabe 1.6

2008..2012, Stückzahl: 750
Nur vier SMD-Bauteile und vier Durchsteck-Bauteile
Mit Atmel ATmega8-16TQ. Basierend auf V-USB
Ohne Quarz – Quarz ist optional. Echtes 5-V-Design. 3,3-V-Betrieb ist möglich durch Änderung der Bestückung
Bootloader für Firmware-Update via USB, nicht via SPI (typischerweise am Parallelport)
Zwei USB-Interfaces (also ein Multifunktionsgerät) für Direktzugriff und treiberlosen USB-HID-Betrieb
Gut geeignet für Relaiskarten, Lampensteuerungen, Text-Displays, langsame Schrittmotoren (bis 100 Schritte/s), langsame Gerätesteuerungen wie SDR1000, I²C-Geräte, Brauereisteuerungen
Die Firmware zwischen Dezember 2010 und Februar 2012 läuft nicht unter Windows Vista und Windows 7 (32 und 64 bit), bitte updaten!

High-Speed
(Aufbau-Anleitung mit Video) USB2LPT Ausgabe 1.7

2008..2012, Stückzahl: 850
Mit Cypress' CY7C68013A-56LFXC und einer Reihe Fußvolk.
Low-Power-, Low-Drop-Spannungsregler zur Erfüllung der USB-Spezifikation zur Standby-Stromaufnahme (≤ 500 µA, wirklich wichtig nur für schlafende Laptops)
3,3-V-Design mit (abschaltbaren) Pull-Up-Widerständen nach 5 V an jedem Anschluss
Bootloader für Firmware-Update via USB enthalten
Drei USB-Interfaces (also ein Multifunktionsgerät) für Direktzugriff, Drucker-Emulation und treiberlosen USB-HID-Betrieb
Drei zusätzlich herausgeführte Anschlüsse für die Nutzung von 20 statt 17 Ein/Ausgabeleitungen, Datenrichtung für jedes Portpin einzeln auswählbar
Firmware-Modifikationsmöglichkeit im RAM direkt aus Anwendersoftware zur Lösung problemspezifischer Aufgaben mit GPIF und echten 480 MBit/s
Platine als Multinutzen mit 1.6 mit offenen Nachbestelldaten
Geeignet für Programmiergeräte, FPGA-Bitstream-Download, grafische LC-Displays, mittelschnelle Schrittmotoren (bis 1000 Schritte/s)

Hinweis: Schüler/Studenten können das Gerät zum Materialpreis (Rev7: 20€, Leiterplatte Rev6: 1€) von mir anfordern. Bitte wenden Sie sich dazu an die unten stehende Email-Adresse.

Software

Dieser Download wird für den Betrieb des Fertiggerätes benötigt:

Treiber für Windows 98/Me/2k/XP/Vista/7 (1.6MByte, letzte Änderung: 01.04.2012)
Dieser WDM-Treiber hat nur wenig mit Plug'n'Play am Hut. Es werden einfach die LPT-Portadressen per Debugregister-Trap oder (alles wahlweise) durch Anzapfung der Kernel-Funktionen READ_PORT_UCHAR und WRITE_PORT_UCHAR abgehört und Zugriffe auf USB umgelenkt. Da ein PC nie mehr als 3 LPTs haben konnte, können auch nur 3 standardmäßige LPTs emuliert werden. Bei freier LPT-Auswahl ist die Anzahl zurzeit auf 9 „beschränkt“.
So viele konnte man noch nie zusammen im Rechner haben!
Niemals diesen Treiber mit etwas anderem als diesem USB2LPT benutzen! Es funktioniert nicht — und kann Ihr Betriebssystem durcheinanderbringen.

Achtung: Für die Low-Speed-USB2LPT 1.5 und 1.6 unter Vista/7 ist die Portzugriffsemulation noch einmal um den Faktor 8 (!) langsamer. Für Relais und Lampen ist das dennoch ausreichend. Eine Verbesserung ist gerade in Arbeit.
Neu: Es installieren sich auch funktionelle Treiber für 64-Bit-Editionen von Windows, das heißt, die API funktioniert, aber noch nicht die Portzugriffsumlenkung.
Es gibt zwei neue Seiten bei „Eigenschaften“ im Geräte-Manager. Alle 4 Seiten sind in zurzeit 14 Sprachen verfügbar.

Die folgenden Downloads benötigen Sie allenfalls zum Firmware-Update, sind jedoch im o.a. Treiber-Archiv schon enthalten:
Firmware für den seriellen EEPROM (AN2131) (Full-Speed-Ausgaben 1.0 und 1.1)
Firmware für den seriellen EEPROM (FX2LP) (High-Speed-Ausgaben 1.2 bis 1.4 sowie 1.7)
Firmware für ATmega48 (USB2LPT Low-Speed 1.5 immer mit Quarz)
Firmware für ATmega8 (USB2LPT Low-Speed 1.6 ohne oder mit Quarz) mit Control-Pipes (schnellere Vista/7-Unterstützung)
Falls Sie keine Installationsanleitung erhalten haben oder diese verloren haben:
Beipackzettel („Handbuch“) als WinWord2000-Datei
Eventuell benötigen Sie ein Tool zum Ausschalten des Treiberzertifizierungszwangs. Dazu gibt es einige Programme, beispielhaft dieses.

Verwendung

Schauen Sie unbedingt beim Geräte-Manager nach! Unter „Anschlüsse“ befindet sich das Gerät. Bei Auswahl des Eigenschafts-Dialogs gibt es zwei zusätzliche Reiter, Emulation und Statistik. Unter Emulation wird das zu emulierende Port ausgewählt sowie einige weitere Eigenschaften (volle kontextsensitive Hilfe vorhanden). Bei Statistik gibt es einige Zugriffszähler, die „arbeiten“ sollten, wenn Ihre Software aufs Druckerport zugreift.

Es gibt auch eine API für Programmierer, die sehr einfach gehalten ist. Öffnen Sie mit CreateFile das Gerät "\\.\LPT1" (oder "LPT2" wenn es das zweite Gerät ist usw.), und schicken/holen die zu transferierenden Bytes (siehe USB2LPT.A51, Marke "upv") über einen einzigen Aufruf von DeviceIoControl.

Über den IOCTL-Kode IOCTL_VLPT_AnchorDownload ist ein Umkonfigurieren des Controllers jederzeit möglich, um ihn an eine spezielle Aufgabe anzupassen. (Der vorhandene Quelltext USB2LPT.A51 sollte dazu verwendet werden.) Damit stellt das Gerät auch eine Art Hosentaschen-Entwicklungskit für EZUSB AN2131/CY7C68013 dar.

In nebenstehender Grafik können Sie die Tabs anklicken, um sich die angebotenen Eigenschaftsseiten ansehen zu können.

Häufig gestellte Fragen

Diese befinden sich auf einer gesonderten Seite

Liste der Nachbauten

lzwest (China) (haben ganz schnell ihre illegale Kopie aus dem WWW entfernt) – vermutlich ist die ExpressCard-Karte sowieso besser als USB2LPT.

Henrik Haftmann – HTML-Mail, TOFU-Mail, oder Email mit mehr als 10 Zeilen Footer wird nicht akzeptiert!,
extern

Chemnitz, den 2. April 2012