USB-zu-Parallel-Umsetzer

Stichworte: USB, LPT, Parallel, Parallelport, Druckerport, Konverter, Adapter
Konverter von USB auf Parallelport (25pol. SubD-Buchse), inklusive Hardwarenachbildung (Virtualisierung) auf Ein/Ausgabe-Registerebene durch Windows-Treiber Unterstützt alle Parallelport-Modi SPP, PS/2 bidirektional, EPP und ECP, 16 Byte tiefe FIFO USB Low Speed (1,5 Mbit/s brutto; 1 kByte/s bei Ein/Ausgabebefehlen) Unterstützt USB-Schlafmodus mit reduzierter Stromaufnahme Offene Quelltexte (open-source), auch für Schaltplan und Leiterplatte
USB2LPT — zur Übersicht

USB2LPT, Nachbau der Ausgabe 1.5

Idee, Aufbau und Programmierung folgten Ideen des IgorUSB, der Low-Speed-USB-Implementation auf AVR nur mit Software, im Paket »AVRUSB« von Objective Development ausgereift und zusammengeschnürt, welches hier verwendet wurde.

Inzwischen gibt es die Version 1.6.

Dieses Low-Speed-Gerät mit ATmega8 verletzt folgende USB-Spezifikationen:

Lösbares Kabel (muss fest sein bei Low-Speed lt. Spezifikation)

Ausgabetreiber mit 5 V (soll 3,3 V sein), deshalb Schutzwiderstände

Kein differenzieller Eingang (es wird hier nur eine Leitung für Daten abgetastet)

Keine Synchronisation auf Datenflanken (nur am Paket-Anfang, dann Quarz-Takt)

Keine Fehlererkennung bei eingehenden Daten (OUT-Richtung) aus Zeitgründen, USB2LPT gibt auch bei CRC16-Fehlern ACK zurück

Datentransfer per BULK (bei Low-Speed verboten, aber unter Windows problemlos – weniger Overhead als SETUP-Transfers – geringere Latenzzeit als INTERRUPT-Transfers)
Zweite »Alternative Einstellung« mit erlaubten INTERRUPT-Transfers (für Linux) vorhanden

Weitere Regelverletzungen sind nicht ausgeschlossen...
Graue Regelverletzungen betreffen alle AVRUSB-Projekte. Bei quarzlosem Nachfolger 1.6 erfolgt gelegentlich Synchronisation auf Datenflanken.
Die seit März 2009 verfügbare 18-MHz-Version von Lukas Schrittwieser kann nun auch CRC-Fehler beim Empfang feststellen; Modifikation der Firmware deshalb geplant!

Bauteile

Alle Bauelemente können bei Reichelt bestellt werden.

Stück	Bezeichnung	Bestell-Bezeichnung	Einzelpreis in € (2008)
1	ATmega8 im TQFP-32-Gehäuse oder ATmega48	ATmega 8-16 TQ ATmega 48-20 AU	1,45 1,20
1	Quarz 12000 kHz	12,0000-HC49U-S	0,24
1	Elko 10 µF	rad 10/35	0,041
1	USB-Buchse MiniB Durchsteck	USB BWM	0,78
1	SubD-Buchse 25pol.	D-SUB BU 25	0,15
1	Gelbe LED 3 mm	LED 3mm ge	0,051
1	Widerstandsnetzwerk 220Ω	BCN16 220	0,02
2	Kondensator 22 pF 0603	NPO-G0603 22p	0,051
1	Kondensator 100 nF 0603	X7R-G0603 100n	0,051
1	Widerstand 10 kΩ 0805 bzw. 4,7 kΩ für ATmega48	SMD-0805 10,0k SMD-0805 4,70k	0,10
1	Gehäuse	Kappe CG25G	0,13
1	USB-Anschlusskabel 1 m	AK 673-A	0,88
Summe (ohne Gewähr)			3,925
1	Zweiseitige Leiterplatte (s.u.)	UL-15	5,00

Die Bestückung ist bei dieser Revision wirklich simpel.

Foto vom Innenleben
Bestückte Platine

Die LED

Die gelbe Multifunktions-LED zeigt bei allen USB2LPT-Revisionen folgende Zustände an:

aus:
- Keine Stromversorgung (Kabel defekt o. ä.)
- USB2LPT nicht vom Computer erkannt
- USB-Bereitschaftsmodus (Standby) - bspw. bei Notebook im Suspend-Modus
ein:
- USB2LPT aktiv, Ausgangstreiber (zum Parallelport) sowie Pullups aktiviert
blinkend:
- schnell: USB-Bulk-Transfers (umgeleitete Ein/Ausgabebefehle; normale Funktion)
- langsamer: USB-Control-Transfers (i. A. von Windows initiiert)

Software

Schaltplan und Platine, Quelle , Programmier-Interface: Verdrahtung
Falls sich jemand beim Vergleich des Schaltplans mit IgorUSB-Projekten und Nachfolgern wundert, dass bei mir zwei ungewöhnliche Portpins für USB herhalten: Dank den fortwährenden Arbeiten von Objective Development sind beliebige Portpins möglich, und der Eingang ICP1 ist interruptfähig. Der USB-Software war es egal, ob da D+ oder D- angeschlossen ist. Mit D- kann auch USB-Bereitschaft (Standby) realisiert werden: per Watchdog guckt der ATmega zyklisch nach dem Aufweckkommando, und es werden die vorgeschriebenen max. 500 µA Stromaufnahme unterschritten.
Mit dem verbleibenden Portpin für die LED kann man sagen, dass der ATmega8 für diese Anwendung geradezu maßgeschneidert erscheint.
Die Portzuordnung erfolgte dergestalt, damit programm-mäßig gewollte Änderungen mehrerer Portpins gleichzeitig auch tatsächlich möglich sind. Deswegen konnte INT0 bzw. INT1 (schöner, da asynchron) nicht für USB herhalten.
Bei der Verwendung des ATmega48 ist jedes Pin asynchron-interruptfähig (per Pegelwechsel-Interrupt), sodass hier das Aufwecken nicht per Watchdog, sondern mit ebendiesem Interrupt erfolgt. Erwartungsgemäß sollte die Standby-Stromaufnahme noch niedriger sein; Messungen ergaben jedoch eine höhere(!) Stromaufnahme als mit der Watchdog-Methode, weil das Eingangspin, mit 3,0 V belegt, nahezu bei halber Betriebsspannung liegend Querstrom zieht. Deshalb die Verringerung des Pull-Up-Widerstandes von 10 kΩ auf 4,7 kΩ.
Ein möglicher Bootloader, BootloadHID, der ein Update der Firmware ohne Programmieradapter möglich macht, ist nur auf dem ATmega8 (oder einem ATmega88) möglich. Seine Aktivierung geschieht evtl. durch Auf-Masse-Legen des LED-Anschlusses.
Den Windows-Treiber und die Firmware finden Sie auf der übergeordneten Seite, sowie Verwendungshinweise.
Hier können Sie die Firmware (Quelltext) auch im Browser ansehen.

Bekannte Leiterplatten-Fehler und Probleme

R₁ muss mit 10 kΩ bestückt werden für korrekte Spannungsverhältnisse am USB!
Für geringere Standby-Stromaufnahme bei der Lösung mit ATmega48 sollte 4,7 kΩ bestückt werden.

Löt-Brücken

Die Revision 5 (USB2LPT 1.5) weist drei Lötbrücken (solder jumper) auf:

SJ1 dient zur Belegung von Pin 25 der SubD-Buchse:
- offen: Pin 25 unbeschaltet
- rechts verbunden: Pin 25 auf Masse (Standard)
- links verbunden: Pin 25 auf 5 Volt
Statt der direkten 5-V-Speisung wird empfohlen, in die beiden darüber befindlichen Löcher eine selbstrückstellende Sicherung (bspw. Reichelt PFRA040) einzulöten.
SJ2, bei Erstellung verbunden, bei Fertigstellung durchgekratzt: Aktivierung der RESET-Leitung zum Programmieren des Mikrocontrollers.
SJ3, normal verbunden, durchkratzen bei Bestückung von LD1117S33 und weiterer geänderter Bauelemente-Werte für 3,3-Volt-Betrieb. Außerdem durchkratzen zur Messung der Stromaufnahme.