基于VHDL的微型打印机控制器设计

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。

    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。

    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。

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。

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。
    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。