UsbPrn-Adapter

Druckerschnittstellen werden häufig mit „bidirektional“ beworben. Während PS/2-Bidirektionalität sowie EPP + ECP echte (8-bit)-Bidirektionalität meint, ist bei Druckern in der Regel nur die IEEE1284-Negotiation (BiTronics) gemeint, wofür Nibble Mode, also SPP, ausreicht.

Diese Funktion wird von USB-ParallelDrucker-Konvertern selbständig ausgeführt und an den PC geleitet. Für Bastelprojekte (also Nicht-Drucker) ist davon eher abzuraten:

• Die Funktionalität erfordert recht viel Hardware, sodass man bei Neukonstruktionen eher einen USB-Controller nutzt, der nebenbei das Stromversorgungsproblem löst.
• Der zurückgelieferte String wird von Windows verwendet, um den passenden Druckertreiber zu wählen. Das passiert bei jedem Windows-Start sowie beim Anstoßen der Hardware-Suche im Geräte-Manager. Bei wirren Eigenkreationen wird Windows sich zumindest beschweren oder gar abstürzen.

Merke: Da USB-ParallelDrucker-Konverter nur für Drucker gedacht sind, ist eine 8-Bit-Bidirektionalität nicht eingebaut und daher nicht nutzbar. Parallelport-Scanner lassen sich niemals daran betreiben.

Es ist damit zu rechnen, dass die gängigen Chips 8-Bit-Bidirektionalität eingebaut haben, aber das ist alles undokumentiert. Aus heutiger Sicht lohnt es sich nicht, da herumzuforschen. Es gibt eine API (Windows und Linux gleichermaßen), um den IEEE1284-String abzufragen. Er darf bis zu 64 Kilobyte lang sein und darf binäre Nullen enthalten. Also kann man derartige Datenpakete hardwareseits zusammenstellen.

Für die Abfrage der drei Statusleitungen

• PaperEnd (Bit 5, Pin 12)
• Online (Bit 4, Pin 13)
• Error (Bit 3, Pin 15)

Die angegebenen Pin-Nummern beziehen sich auf D-Sub 25, nicht auf den 36-poligen Druckerstecker!

Zum Ausgeben der 8 Datenbits wird zwingend ein Latch- oder Flipflop-Schaltkreis benötigt! Ansonsten erscheinen die Daten nur für ein paar Mikrosekunden mit STROBE. (Flankengetriggerte) Flipflops haben den Vorteil, dass man sich um die Polarität des Takteingangs keine Gedanken machen muss, da die Daten sowohl bei fallender als auch bei steigender Flanke von STROBE stabil anliegen. (Transparent-)Latches haben diesen Vorteil nicht, sie müssen bei STROBE=L transparent sein und bei STROBE=H verriegeln. Beim '373 oder '533 ist's dummerweise gerade verkehrt herum. Notfalls muss man STROBE invertieren, was ein weiteres Gatter kostet.

Wer weniger Bits braucht, kann auch einen Flipflop-Schaltkreis mit weniger Bits verwenden, für 4 Bit beispielsweise 74HC(T)175, '192, '193, '195 … oder CMOS 4029, 4035, 4042, für 2 Bits 74HC(T)74 oder CMOS 4013 … was die Bastelkiste gerade hergibt. Wer nur Bipolarschaltkreise (74LS) vorfindet, kann auch diese verbauen und muss diese mit 5 V fremdspeisen. Fremdspeisung macht die Fangschaltung funktionssicherer.

Beruht die bestehende Software auf InpOut32.dll oder dlportio.dll, muss man diese nur durch meine InpOut32.dll ersetzen. Diese DLL fängt dann Aufrufe von Inp32() und Out32() mit passenden Adressangaben (erster Parameter) entsprechend ab und führt sie zum Windows-Treiber für diesen USB-Paralleldrucker-Konverter. Es können auch mehrere Konverter an einen PC angeschlossen und verwendet werden.

Um die „wegemulierte“ Parallelportadresse herauszufinden, ruft man auf der Kommandozeile rundll32 inpout32.dll,Info auf. Dies ruft die eingebaute Info-Funktion mit standardisierter Parameterliste. Das dann erscheinende CMD-Fenster zeigt alles an und erlaubt es, mit den Bits am USB-Parallelport-Konverter herumzuspielen.

Beruht die bestehende Software nicht auf InpOut32.dll oder dlportio.dll, sollte man sie dahingehend portieren. Oder auf den Direktzugriff auf den USB-Treiber. Das ist jedoch deutlich komplizierter. Da das den Quelltext erfordert, muss man, wenn nicht vorhanden, das Programm neu schreiben. Pech!

• Fernrohrpositionierer (Erdrotationskompensation für Amateur-Teleskope, also für Sterngucker)
  • GPINT = 4 Optokoppler
  • 4-Bit-Optokoppler (Innenfotos)

Sterngucker: Keinesfalls sollte man die Bilddaten einer altertümlichen CCD-Kamera über ein solches Interface schicken! Es wäre unerträglich langsm, wenn's denn überhaupt funktioniert: Hier muss ein gesonderter Mikrocontroller her. Etwa ein USB2LPT mit problemangepasster Firmware sowie eine problemangepasste (nicht meine) InpOut32.dll.

Ein Anwender meinte, dass der USB-Paralleldrucker-Konverter von Ugreen sich gesondert verhält. Hier seine Anmerkungen zur Inbetriebnahme und mein Kommentar.

1. Beim ersten Zugriff auf die Parallelport-Register nach dem Anschließen des Adapters von UGREEN sendet Windows eine Sequenz, um den (vermeintlich) angeschlossenen Drucker zu ermitteln. Dabei werden auch (entgegen Ihrer Vermutung) entsprechende Strobe-Pulse erzeugt, die zwingend mit ACK quittiert werden müssen, sonst "hängt" die Ausgabe der Daten auf den Port! Anschließend funkt Windows 10 aber nicht mehr dazwischen.
   Hm, komisch, ist womöglich eine Windows-10-Macke. Ich bin davon ausgegangen, dass Windows den Drucker ausschließlich mit dem entsprechenden USB-Request ermittelt und jeglicher USB-Paralleldrucker-Konverter daraus eine Abfrage im Nibble-Mode macht.
2. Zumindest bei diesem Adapter muss während der Initialisierungssequenz von Windows (siehe oben) zwingend die "Paper End"-Leitung auf 0 gelegt werden, sonst erfolgt anschließend keine Ausgabe der Daten auf den Port. Danach kann der Pin jedoch als Input verwendet werden. Die BUSY-Leitung muss permanent auf 0 gelegt werden (oder ein dem 1284-Standard entsprechender BUSY-Puls generiert werden, was aber mit Aufwand verbunden ist).
   Hm, komisch, ist womöglich eine Windows-10-Macke. Das mit BUSY = 0 ist klar und deshalb Pin 11 mit GND verbunden. Danke für die Hinweise!
3. Die DLL darf erst NACH Anstecken des USB-LPT-Adapters geladen werden, sonst funktionieren die Ausgaben nicht.
   Feature oder Bug: Die Suche nach USB-Paralleldrucker-Adaptern erfolgt beim Laden der DLL und nicht bei PnP-Ereignissen.
4. Da meine Anwendung zyklische Ausgaben mit nahezu konstanter Frequenz auf den Parallelport erzeugt, konnte ich die aufwändige „Fangschaltung“ mit dem Latch durch eine ganz einfache Schaltung mit 1 Transistor (PNP), 1 Widerstand (100 kΩ) und 1 Kondensator (100 nF) ersetzen: Der Transistor (z. B. BC307) ist als Emitterfolger zwischen dem Strobe-Ausgang (Basis) und dem ACK-Eingang (Emitter) geschaltet; der Kollektor liegt auf GND. Am Emitter ist der 100-kΩ-Widerstand als Pullup (zu Pin 16 INIT) und der Kondensator nach GND angeschlossen, dadurch wird der ACK-Puls auf über 100 ms verlängert, so dass die Ausgänge D0 – D7 ihre Pegel für 100 ms beibehalten. So kann etwa 10× pro Sekunde ein neuer Wert ausgegeben werden, ohne dass zwischen den Daten nennenswerte „Lücken“ entstehen. Mit 22 nF und 82 kΩ kommt man auf etwa 40..50 Ausgaben pro Sekunde. (Das hängt aber auch von der Eingangsimpedanz des ACK-Pins des Adapters ab.) Diese 3 Bauteile konnte ich bei der bestehenden Hardware noch problemlos ohne eine zusätzliche Platine dazu löten. Der BUSY- und der Paper-End-Pin werden von der Hardware nicht benutzt und konnten einfach auf GND geklemmt werden.
   Eine interessante Lösung um das Latch/Flipflop einzusparen! Man erkauft sich das letzlich durch eine konstante maximale Ausgaberate. Ich vermute, gibt man mehr Daten aus, bleiben diese in den verschiedenen FIFOs hängen, bis sie an der Reihe sind. Wie bei einem langsamen Drucker. Es ist außerdem zu vermuten, dass dieser Trick mit allen USB-Paralleldrucker-Konvertern funktioniert.

Die Schaltung hat durch ihre „möglichst geniale“ Verdrahtung folgende Eigenschaften:

• Deserialisierung von BUSY ermöglich um Faktor 3 erhöhte Geschwindigkeit beim Lesen von synchron-seriellen Bussen (also max. 3 kBit/s = 375 Byte/s), etwa dem SPI- oder Hochvolt-Inferface eines ATtiny oder ATmega, einer I²C-Datenleitung oder einem '165- oder '299-Chip.
• Alternativ können 2 oder 3 parallele Eingabeleitungen trotzdem gelesen werden, weil ein 4013-Flipflop viel schwächere Treiberleistung hat als eine typische angeschlossene Schaltung, eben ohne den Adapter zu ändern. Deshalb wurde hier kein 74HC74 benutzt. Alternativ tun es Auskoppel-Serienwiderstände im 10-kΩ-Bereich.
• STROBE und AUTOFEED können angesteuert werden, weil das einige Programmiergeräte (speziell das Hochvolt-Programmiergerät um avrxp, davon betrachet nur die 8- und 14-Pin-Variante) benötigen.
• Die Stromversorgung erfolgt durch INIT sowie chip-intern durch die „parasitären“ Dioden (Gateschutz) an den Eingängen. Es sind nur CMOS-Typen sparsam genug! 74LS374 und ähnliches geht hier nicht.

Der Einbau erfolgt einfach fliegend in ein entsprechendes Donglegehäuse, fertig.

Die Verbindungsleitungen zwischen USB-Paralleldrucker-Konverter, diesem Adapter und der Endschaltung (Programmiergerät) sollte möglichst kurz gehalten werden! Die USB-Leitung zu verlängern ist ohnehin viel bequemer.