微型打印機與FPGA的硬件接口及軟件設計

摘要：為了實現(xiàn)便攜式、實時打印數(shù)據(jù)的目的，在分析EP3C25型FPGA和RD-E型微型打印機性能特點的基礎上，基于嵌入式技術設計了 FPGA與微型打印機的硬件接口電路、軟件流程及控制程序。利用FPGA控制微型打印機正常工作，對功能模塊進行了仿真，實際應用中運行穩(wěn)定。利用 FPGA的穩(wěn)定性與高速數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)實時打印。整個系統(tǒng)集成于一塊電路板，并由微型打印機輸出，體積小，攜帶方便。
關鍵詞：FPGA；微型打印機；硬件接口；軟件設計

0 引言
FPGA的超大規(guī)模集成度優(yōu)勢和內(nèi)部邏輯單元具有可重復配置能力的特點，使得其在芯片控制和接口設計中成為一種頗具吸引力的高性價控制器件。在此，設計了一種基于FPGA控制RD-E微型打印機工作的控制模塊。在QuartusⅡ9．0 FPGA開發(fā)平臺上通過VHDL語言編程控制微型打印機打印數(shù)據(jù)，在實際應用中具有一定的實用價值。

1 硬件系統(tǒng)
設計中采用Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA芯片EP3C25和榮達創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)的RD-E微型打印機組成硬件系統(tǒng)。
1．1 RD-E微型打印機簡介
RD-E系列打印機是微型熱敏加熱點陣打印機，它專為儀器儀表面板安裝而設計，采用獨特的面板式嵌入結構，便可將整個打印機固定在儀表面板上。RD-E系列打印機內(nèi)嵌448個字符及圖塊，32個用戶自定義字符，國標一、二級漢字庫中全部漢字和西文字、圖符共8 178個。采用模塊化驅動控制電路，有效地保護了打印頭的絕對安全；打印機內(nèi)置專門的復位控制電路、電源監(jiān)測電路以及近乎完美的軟硬件看門狗控制電路，以確保打印機不死機、不亂打?？刂齐娐诽峁囟葯z測、電壓檢測、過熱檢測、缺紙檢測等功能，有效延長了打印頭的使用壽命，同時保證了打印機在不同的工作場合，打印出的效果更加清晰美觀、更加高速流暢，也能降低打印噪音，輸出完整數(shù)據(jù)。備有39個ESC／P兼容的打印命令，支持字符、漢字、圖形的正向、反向、左右旋轉打印、反白、上下劃線、左右劃線打印以及任意變高、變寬、行間距、字間距調(diào)整、水平制表、垂直制表、曲線打印、條形碼打印等功能以及以上功能的混合打印。RD-E打印機分標準并行接口，標準串行接口2類，串行接口與RS232C標準兼容，可直接由微機串口或單片機控制。設計中采用并口打印機，其接口與CENTRONICS標準并口兼容，其外形及從RD-E打印機的26芯插座的方向看插座的引腳序號如圖1所示。并行接口各引腳信號的定義如表1所示，信號的邏輯電平為TTL電平。


1．2 微型打印機與FPGA的接口設計
為滿足FPGA的工作條件，必須完成FPGA外圍電路的設計，如外部存儲器、工作電源以及外部輸入時鐘即晶振電路的設計。EP3C25E144I7 N是CycloneⅢ系列工業(yè)級FPGA芯片，其供電電源分數(shù)字電壓和模擬電壓兩類，其中模擬電壓有A1．2 V和A2．5 V，分別對其內(nèi)部鎖相環(huán)PLL和模擬電壓端供電，數(shù)字電壓有D1．2 V和D3．3 V，分別對內(nèi)部數(shù)字邏輯單元和輸入／輸出管腳供電。電源地同樣分為模擬地與數(shù)字地兩類，與模擬電源和數(shù)字電源對應。系統(tǒng)時鐘由外部晶振提供，配置方式由外圍電路撥碼開關選擇。