基于FPGA與VHDL的微型打印機的驅動設計
發布時間：2015-11-4 09:54
發布者：designapp
|
引 言 FPGA 即現場可編程邏輯陣列。是在CPLD 的基礎上發展起來的新型高性能可編程邏輯器件。FPGA的集成度很高，其器件密度從數萬門到數千萬門不等，可以完成極其復雜的時序與組合邏輯電路功能,適用于高速、高密度的高端數字邏輯電路設計領域。新一代的FPGA 甚至集成了中央處理器( CPU ) 或數字處理器( DSP) 內核，在一片FPGA 上進行軟硬件協同設計，為實現片上可編程系統( SOPC) 提供了強大的硬件支持。對微型打印機的驅動，傳統方法是使用單片機是實現對其的時序控制。隨著FPGA 在各領域的普及使用，以及對微型打印機的需要，因此要實現FPGA 對微型打印機的時序控制。 當前各ASIC 芯片制造商都相繼開發了用于各自目的的HDL 語言，但是大多數都為標準化和通用化。惟一被公認的是美國國防部開發的VHDL 語言，它已成為IEEE ST D_1076 標準。另外從近期HDL語言發展的動態來看，許多公司研制的硬件電路設計工具業都逐漸向VHDL 語言靠攏，使得他們的硬件電路設計工具也能支持VHDL 語言。 VHDL 語言可以支持自上而下和基于庫的設計方法，而且還支持FPGA 的設計。 1 微型打印機簡介 RD DH 型微型打印機采用熱敏加熱點陣打印方式，是一款體積小，打印速度快的打印輸出設備。該型打印機可采用標準并行接口，RS 232 串行接口，T TL電平串口，485 接口，USB 接口，打印速度達到50 m/ s,分辨率為8 點/ mm，384 點/ 行，打印紙張采用57 mm熱敏紙�？纱蛴鴺艘�、二級漢字庫中全部漢字和西文字、圖標共8 178 個。微型打印機并行接口與CENTRONICS標準接口兼容，可直接由微機并口或單片機控制。其26 線雙排插座引腳序號如圖1 所示。此26 個并口各引腳信號定義如表1 所示。 圖1 雙排插座引腳序號 表1 微型打印機26 并口各引腳定義 對打印機的驅動主要是對其工作時序進行正確的控制，RD DH 型并行接口定時圖如圖2 所示。 圖2 并行接口定時圖 2 總體系統設計 使用Altera 公司的Cyclon ?系列的FPGA 芯片EP3C25Q240C8N 實現對RD DH 型微型打印機的硬件電路控制，使用Quar tus 開發工具，通過VHDL 語言實現對微型打印機的軟件功能實現。 2. 1 硬件電路設計 如圖3 所示為打印機與FPGA 的連接示意圖。 DATA 1~ DATA8 表示打印機的8 個數據位，他們的邏輯“1”表示高電平，邏輯“0”表示低電平; STB 為數據選通觸發脈沖，下降沿時讀入數據; ACK 為回答脈沖，低電平表示數據已被接受; BUSY 為高電平時表示打印機正忙，此時不接收數據。 由于 ACK 和BUSY 輸出的是5 V 的TT L 電平，而FPGA 的I/ O 口標準為3. 3 V LVCMOS 電平，因此這兩個信號作為FPGA 的輸入信號時，要進行分壓，保證電路正常運行。 圖3 FPGA 與打印機連接示意圖 2. 2 軟件設計 軟件平臺采用Altera 公司的FPGA 開發平臺Quartus 。 Quartus 提供了一種與器件結構無關的設計環境，設計者不需要精通器件的內部結構，只需要運用自己熟悉的輸入工具( 如原理圖輸入或數字電路描述語言輸入) 進行設計，利用Quar tus 可以將這些設計轉換為最終結構所需要的格式。有關結構的詳細知識已寫入開發工具軟件，設計人員無需手工優化自己的設計。軟件的開發流程如圖4 所示。 圖4 軟件開發流程圖 使用VHDL 硬件描述語言來進行軟件設計。 對微型打印機的驅動主要是對其工作時序進行正確的控制，利用VHDL 常見的狀態機來實現對打印機的工作時序的控制，根據時序圖1 所示的時序，狀態機使用4 個狀態，狀態轉換圖如圖5 所示。 初始狀態STA TE0 時，數據選通觸發脈沖信號STB 置“1” ( 高電平) ，檢測打印機是否正忙，如果打印機為空閑狀態( busy= “0”) ，轉入下一狀態STAT E1,否則( busy = “1 ” ) 繼續執行ST AT E0; 在狀態STAT E1，將數據寫入打印機，直接轉入下一狀態; 在狀態STAT E2，將數據選通觸發脈沖信號STB 置“0” ，打印機讀數據，轉入下一狀態; 在狀態ST ATE3，檢測數據是否已經被接受，若數據已被接受( ACK = “0” ) ，打印機轉入初始狀態ST AT E0，等待接受新數據，若數據未被接受( ACK = “1” ) ，繼續執行STAT E3 直到數據被接受。 圖5 狀態轉換圖 3 結 語 使用FPGA 與V HDL 硬件描述語言設計的微型打印機驅動，通過系統調試能夠完成對打印機的時序控制，目前已經在某型測試儀中正常使用。該設計系統控制簡單，抗干擾性強，可靠性高，移植性較好，能夠用于任何使用FPGA 芯片的系統中，具有一定的應用前景。 |
網友評論