基于FPGA和VHDL的微型打印機(jī)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) - 全文

　　1 引言

　　VHDL是一種面向設(shè)計(jì)、多層次的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件描述語(yǔ)言，VHDL不需依賴(lài)馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)時(shí)序和真正并行設(shè)計(jì)，從而開(kāi)辟一種全新的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑。使用VHDL語(yǔ)言更便于建立層次結(jié)構(gòu)和元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。VHDL編寫(xiě)的電路模塊代碼可重復(fù)利用，故簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率。

　　2 TP UP-SF微型打印機(jī)簡(jiǎn)介

　　TP UP-SF系列的高速微型打印機(jī)，采用針式撞擊點(diǎn)陣打印，是一類(lèi)體積小、打印速度快的打印輸出設(shè)備。該系列打印機(jī)配有串行和并行接口，實(shí)現(xiàn)漢字的高速打印，可裝外徑70 mm大打印紙卷。此系列打印機(jī)比較小巧，攜帶方便，適用于小型收款機(jī)、小型計(jì)費(fèi)器、*終端等各種應(yīng)用場(chǎng)合。

　　TP UP-SF支持EPSON M一180、M—190和M一160系列的10種機(jī)頭打??；可配置的串行和并行接口，根據(jù)打印機(jī)型號(hào)不同，TP UP—SF的打印速度可達(dá)2．5行／s，打印密度最高為252點(diǎn)／行。

　　微型打印機(jī)具有40個(gè)通用ESC／P打印控制命令和FS漢字打印控制命令。其中包括：字符、點(diǎn)陣圖形打印命令和漢字打印命令。對(duì)于前者ESC／P命令支持字符打印及放大，上、下劃線(xiàn)和點(diǎn)正圖形，用戶(hù)自定義字符打印，實(shí)現(xiàn)打印格式設(shè)置，十六進(jìn)制形式打印等功能。而后者，F(xiàn)S命令支持機(jī)內(nèi)國(guó)標(biāo)一、二級(jí)硬漢字庫(kù)打印漢字，羅馬字母（A6區(qū)）和制表符（A9區(qū)）。

　　3 微型打印機(jī)的接口連接

　　3．1 串口連接

　　TP UP—SF系列打印機(jī)的S型機(jī)采用與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)兼容的D一25串行接口，其接口插座則與IBM PC的RS一232C相配合。串行接口引腳排列如圖1所示，表1為串行接口引腳信號(hào)說(shuō)明。

　　有2種握手方式可供選用，一種是標(biāo)志控制方式，另一種是XON／XOFF協(xié)議方式。串行數(shù)據(jù)傳輸采用異步通訊格式，串行通訊的數(shù)據(jù)格式和波特率可由用戶(hù)自行設(shè)定。

　　3．2 并口連接

　　TP UP-SF系列打印機(jī)的P型機(jī)采用與Centmnics標(biāo)準(zhǔn)兼容的D一25并行接口，接口插座則與IBM PC的打印接口相配合。并行接口引腳排列如圖2所示，表2為并行接口引腳信號(hào)說(shuō)明。

　　圖3為并行接口的時(shí)序，FPGA按照這些信號(hào)工作時(shí)序進(jìn)行正確控制。當(dāng)輸入信號(hào)進(jìn)入打印機(jī)時(shí)，即可驅(qū)動(dòng)打印機(jī)完成打印工作。

　　4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　按照從上至下的可編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，利用Ahera公司的CYCL0N系列FPGA器件，通過(guò)QUARTUS II開(kāi)發(fā)工具，完成了FPGA所需的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)。采用模塊式設(shè)計(jì)，從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，再送入至微型打印機(jī)打印。

　　4．1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　硬件電路以FPGA為中心，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的接口電路設(shè)計(jì)，以及對(duì)打印機(jī)的并口接口電路設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Flash存儲(chǔ)器，它是一種可擦除、非易失性存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，便于數(shù)據(jù)傳輸。圖4為Flash存儲(chǔ)器的部分電路連接圖。

　　4．2 基于狀態(tài)機(jī)的打印控制模塊設(shè)計(jì)

　　微型打印機(jī)控制模塊主要控制打印機(jī)的工作時(shí)序，使其能夠正常工作。控制模塊主要是利用VHDL語(yǔ)言的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)時(shí)序圖并結(jié)合打印機(jī)特性，在編寫(xiě)狀態(tài)機(jī)時(shí)，分為3個(gè)狀態(tài)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。

　　這個(gè)控制模塊的主要信號(hào)目有：reset，ask，stb和busy。其中前3個(gè)信號(hào)是微型打印機(jī)的并行接口信號(hào)。而busy信號(hào)為高電平表示打印機(jī)正 “忙”，不能接收數(shù)據(jù)；ask信號(hào)是應(yīng)答脈沖，低電平表示數(shù)據(jù)已接收且打印機(jī)已準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)；sth信號(hào)是數(shù)據(jù)選通觸發(fā)脈沖，下降沿時(shí)讀入數(shù)據(jù)。當(dāng)reset為‘0’時(shí)，對(duì)所有輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)置并初始化狀態(tài)機(jī)；busy為‘0’則進(jìn)入下一狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)，延時(shí)后，進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，判斷ask是否為 ‘0’。若ask為‘0’則轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)，接下來(lái)進(jìn)行下一輪循環(huán)。

　　5 結(jié)論

　　設(shè)計(jì)的微型打印機(jī)的控制器已經(jīng)系統(tǒng)調(diào)試，該控制器具有較強(qiáng)的移植性，打印機(jī)的輸入數(shù)據(jù)是系統(tǒng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，稍加改動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的打印功能，能夠使用在任意一個(gè)由FPGA構(gòu)成的系統(tǒng)中使用，具有良好的應(yīng)用前景。