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(多图) 基于VHDL的微型打印机控制器设计

国外电子元器件 周雷 付慧生 王建波?? 2010年04月30日 ?? 收藏0

  1 引言

  VHDL是一种面向设计、多层次的数字系统设计的标准化硬件描述语言,VHDL不需依赖冯·诺伊曼结构,可实现时序和真正并行设计,从而开辟一种全新的数字系统的设计途径。使用VHDL语言更便于建立层次结构和元件结构设计。VHDL编写的电路模块代码可重复利用,故简化设计,缩短设计时间,提高工作效率。

  2 TP UP-SF微型打印机简介

  TP UP-SF系列的高速微型打印机,采用针式撞击点阵打印,是一类体积小、打印速度快的打印输出设备。该系列打印机配有串行和并行接口,实现汉字的高速打印,可装外径70 mm大打印纸卷。此系列打印机比较小巧,携带方便,适用于小型收款机、小型计费器、信用卡终端等各种应用场合。

  TP UP-SF支持EPSON M一180、M—190和M一160系列的10种机头打印;可配置的串行和并行接口,根据打印机型号不同,TP UP—SF的打印速度可达2.5行/s,打印密度最高为252点/行。

  微型打印机具有40个通用ESC/P打印控制命令和FS汉字打印控制命令。其中包括:字符、点阵图形打印命令和汉字打印命令。对于前者ESC/P命令支持字符打印及放大,上、下划线和点正图形,用户自定义字符打印,实现打印格式设置,十六进制形式打印等功能。而后者,FS命令支持机内国标一、二级硬汉字库打印汉字,罗马字母(A6区)和制表符(A9区)。

  3 微型打印机的接口连接

  3.1 串口连接

  TP UP—SF系列打印机的S型机采用与RS-232C标准兼容的D一25串行接口,其接口插座则与IBM PC的RS一232C相配合。串行接口引脚排列如图l所示,表l为串行接口引脚信号说明。

串行接口引脚排列

  有2种握手方式可供选用,一种是标志控制方式,另一种是XON/XOFF协议方式。串行数据传输采用异步通讯格式,串行通讯的数据格式和波特率可由用户自行设定。

  3.2 并口连接

  TP UP-SF系列打印机的P型机采用与Centmnics标准兼容的D一25并行接口,接口插座则与IBM PC的打印接口相配合。并行接口引脚排列如图2所示,表2为并行接口引脚信号说明。

并行接口引脚排列

  图3为并行接口的时序,FPGA按照这些信号工作时序进行正确控制。当输入信号进入打印机时,即可驱动打印机完成打印工作。

并行接口的时序

  4 系统设计

  按照从上至下的可编程系统设计思想,利用Ahera公司的CYCL0N系列FPGA器件,通过QUARTUS II开发工具,完成了FPGA所需的硬件系统的设计和软件开发。采用模块式设计,从存储器读取数据,再送入至微型打印机打印。

  4.1 硬件电路设计

  硬件电路以FPGA为中心,实现存储器的接口电路设计,以及对打印机的并口接口电路设计。该系统设计采用Flash存储器,它是一种可擦除、非易失性存储器,可实现数据的存储功能,便于数据传输。图4为Flash存储器的部分电路连接图。

Flash存储器的部分电路连接图

  4.2 基于状态机的打印控制模块设计

  微型打印机控制模块主要控制打印机的工作时序,使其能够正常工作。控制模块主要是利用VHDL语言的状态机实现。根据时序图并结合打印机特性,在编写状态机时,分为3个状态,其状态转换图如图5所示。

状态转换图

  这个控制模块的主要信号目有:reset,ask,stb和busy。其中前3个信号是微型打印机的并行接口信号。而busy信号为高电平表示打印机正“忙”,不能接收数据;ask信号是应答脉冲,低电平表示数据已接收且打印机已准备好接收下一个数据;sth信号是数据选通触发脉冲,下降沿时读入数据。当reset为‘0’时,对所有输入数据进行预置并初始化状态机;busy为‘0’则进入下一状态,输入数据,延时后,进入下一个状态,判断ask是否为‘0’。若ask为‘0’则转到初始状态,接下来进行下一轮循环。

  5 结论

  设计的微型打印机的控制器已经系统调试,该控制器具有较强的移植性,打印机的输入数据是系统存储器数据,稍加改动就可实现实时数据的打印功能,能够使用在任意一个由FPGA构成的系统中使用,具有良好的应用前景。


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VHDL? 打印机? FPGA?

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