微型打印機(jī)與FPGA的硬件接口及軟件設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)便攜式、實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)的目的，在分析EP3C25型FPGA和RD-E型微型打印機(jī)性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)了 FPGA與微型打印機(jī)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(jī)正常工作，對(duì)功能模塊進(jìn)行了仿真，實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行穩(wěn)定。利用 FPGA的穩(wěn)定性與高速數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)打印。整個(gè)系統(tǒng)集成于一塊電路板，并由微型打印機(jī)輸出，體積小，攜帶方便。
關(guān)鍵詞：FPGA；微型打印機(jī)；硬件接口；軟件設(shè)計(jì)

0 引言
FPGA的超大規(guī)模集成度優(yōu)勢(shì)和內(nèi)部邏輯單元具有可重復(fù)配置能力的特點(diǎn)，使得其在芯片控制和接口設(shè)計(jì)中成為一種頗具吸引力的高性價(jià)控制器件。在此，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA控制RD-E微型打印機(jī)工作的控制模塊。在QuartusⅡ9．0 FPGA開發(fā)平臺(tái)上通過VHDL語言編程控制微型打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1 硬件系統(tǒng)
設(shè)計(jì)中采用Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA芯片EP3C25和榮達(dá)創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn)的RD-E微型打印機(jī)組成硬件系統(tǒng)。
1．1 RD-E微型打印機(jī)簡(jiǎn)介
RD-E系列打印機(jī)是微型熱敏加熱點(diǎn)陣打印機(jī)，它專為儀器儀表面板安裝而設(shè)計(jì)，采用獨(dú)特的面板式嵌入結(jié)構(gòu)，便可將整個(gè)打印機(jī)固定在儀表面板上。RD-E系列打印機(jī)內(nèi)嵌448個(gè)字符及圖塊，32個(gè)用戶自定義字符，國標(biāo)一、二級(jí)漢字庫中全部漢字和西文字、圖符共8 178個(gè)。采用模塊化驅(qū)動(dòng)控制電路，有效地保護(hù)了打印頭的絕對(duì)安全；打印機(jī)內(nèi)置專門的復(fù)位控制電路、電源監(jiān)測(cè)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(jī)不死機(jī)、不亂打?？刂齐娐诽峁囟葯z測(cè)、電壓檢測(cè)、過熱檢測(cè)、缺紙檢測(cè)等功能，有效延長(zhǎng)了打印頭的使用壽命，同時(shí)保證了打印機(jī)在不同的工作場(chǎng)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(gè)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(zhuǎn)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(jī)分標(biāo)準(zhǔn)并行接口，標(biāo)準(zhǔn)串行接口2類，串行接口與RS232C標(biāo)準(zhǔn)兼容，可直接由微機(jī)串口或單片機(jī)控制。設(shè)計(jì)中采用并口打印機(jī)，其接口與CENTRONICS標(biāo)準(zhǔn)并口兼容，其外形及從RD-E打印機(jī)的26芯插座的方向看插座的引腳序號(hào)如圖1所示。并行接口各引腳信號(hào)的定義如表1所示，信號(hào)的邏輯電平為TTL電平。


1．2 微型打印機(jī)與FPGA的接口設(shè)計(jì)
為滿足FPGA的工作條件，必須完成FPGA外圍電路的設(shè)計(jì)，如外部存儲(chǔ)器、工作電源以及外部輸入時(shí)鐘即晶振電路的設(shè)計(jì)。EP3C25E144I7 N是CycloneⅢ系列工業(yè)級(jí)FPGA芯片，其供電電源分?jǐn)?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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)。系統(tǒng)時(shí)鐘由外部晶振提供，配置方式由外圍電路撥碼開關(guān)選擇。