微型打印机与FPGA的硬件接口及软件设计

摘要：为了实现便携式、实时打印数据的目的，在分析EP3C25型FPGA和RD-E型微型打印机性能特点的基础上，基于嵌入式技术设计了 FPGA与微型打印机的硬件接口电路、软件流程及控制程序。利用FPGA控制微型打印机正常工作，对功能模块进行了仿真，实际应用中运行稳定。利用 FPGA的稳定性与高速数据处理能力，实现实时打印。整个系统集成于一块电路板，并由微型打印机输出，体积小，携带方便。
关键词：FPGA；微型打印机；硬件接口；软件设计

0 引言
FPGA的超大规模集成度优势和内部逻辑单元具有可重复配置能力的特点，使得其在芯片控制和接口设计中成为一种颇具吸引力的高性价控制器件。在此，设计了一种基于FPGA控制RD-E微型打印机工作的控制模块。在QuartusⅡ9．0 FPGA开发平台上通过VHDL语言编程控制微型打印机打印数据，在实际应用中具有一定的实用价值。

1 硬件系统
设计中采用Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA芯片EP3C25和荣达创新科技有限公司生产的RD-E微型打印机组成硬件系统。
1．1 RD-E微型打印机简介
RD-E系列打印机是微型热敏加热点阵打印机，它专为仪器仪表面板安装而设计，采用独特的面板式嵌入结构，便可将整个打印机固定在仪表面板上。RD-E系列打印机内嵌448个字符及图块，32个用户自定义字符，国标一、二级汉字库中全部汉字和西文字、图符共8 178个。采用模块化驱动控制电路，有效地保护了打印头的绝对安全；打印机内置专门的复位控制电路、电源监测电路以及近乎完美的软硬件看门狗控制电路，以确保打印机不死机、不乱打。控制电路提供温度检测、电压检测、过热检测、缺纸检测等功能，有效延长了打印头的使用寿命，同时保证了打印机在不同的工作场合，打印出的效果更加清晰美观、更加高速流畅，也能降低打印噪音，输出完整数据。备有39个ESC／P兼容的打印命令，支持字符、汉字、图形的正向、反向、左右旋转打印、反白、上下划线、左右划线打印以及任意变高、变宽、行间距、字间距调整、水平制表、垂直制表、曲线打印、条形码打印等功能以及以上功能的混合打印。RD-E打印机分标准并行接口，标准串行接口2类，串行接口与RS232C标准兼容，可直接由微机串口或单片机控制。设计中采用并口打印机，其接口与CENTRONICS标准并口兼容，其外形及从RD-E打印机的26芯插座的方向看插座的引脚序号如图1所示。并行接口各引脚信号的定义如表1所示，信号的逻辑电平为TTL电平。


1．2 微型打印机与FPGA的接口设计
为满足FPGA的工作条件，必须完成FPGA外围电路的设计，如外部存储器、工作电源以及外部输入时钟即晶振电路的设计。EP3C25E144I7 N是CycloneⅢ系列工业级FPGA芯片，其供电电源分数字电压和模拟电压两类，其中模拟电压有A1．2 V和A2．5 V，分别对其内部锁相环PLL和模拟电压端供电，数字电压有D1．2 V和D3．3 V，分别对内部数字逻辑单元和输入／输出管脚供电。电源地同样分为模拟地与数字地两类，与模拟电源和数字电源对应。系统时钟由外部晶振提供，配置方式由外围电路拨码开关选择。