摘要：用ATMEGA128单片机结合CPLD实现了对VGA显示器和激光打印机的控制，完成了在VGA显示器上实时显示字符和图形的功能，并控制激光打印机实现了屏幕信息的打印输出。本设计克服了单片机系统显示和打印功能薄弱的缺点，为扩大其应用范围奠定了基础，同时也为其他嵌入式系统的信息输出提供了一种解决方案。
关键词：VGA控制器；PCL命令语言；激光打印；CPLD

      从仿真波形图种可以看到每一显示行的时间为800个象素时钟周期，每场包括525行。行同步脉冲的宽度为96个象素时钟周期，场同步脉冲的宽度为2行。在行同步信号hs的行同步期间及其前肩和后肩，消隐信号blank为低电平，表示消隐期。在场同步信号vs的场同步期间及其前肩和后肩，消隐信号blank同样为低电平，表示消隐期。仿真结果符合VGA标准时序，项目实际应用也证明了此结果的正确性。

1.2 VGA显示底层函数的编写

    要在屏幕上显示信息，除VGA显示控制器之外，还需要并在ATMEGA128单片机上设计底层绘图函数并建立字符库。通常编写画线、画圆函数时，确定一个点是否在直线或圆上，需要乘、除法和开方运算，而画线、画圆函数调用最为频繁，因此计算量将大到难以接受的程度，极大降低系统的性能。为了克服上述缺点，在编写底层绘图函数时采用了图形学上的Bresenham

void circle(unsigned int x0,unsigned int y0,unsigned int r,unsigned char color) {     register int x,y,deltax,deltay,d; x=0;y=r;deltax=3;deltay=2-r-r;d=1-r;        while(x<=y)        {     drawpixel(x0+x,y0+y,color);               drawpixel(x0-x,y0+y,color);                              drawpixel(x0-x,y0-y,color);               drawpixel(x0+x,y0-y,color);                                    drawpixel(x0+y,y0+x,color);                             drawpixel(x0-y,y0+x,color);               drawpixel(x0-y,y0-x,color);               drawpixel(x0+y,y0-x,color);               if(d<0){                      d+=deltax;      deltax+=2;                      x++;               }               else  {                      d+=(deltax+deltay);                      deltax+=2;deltay+=2;                      x++;y--;               }        }          }

    画线算法和中点画圆法^[3]，通过象素逼近，采用增量计算，使得确定点是否在直线或圆上的复杂运算变为加法运算，非常适合微控制器的特点，极大得提高了绘图速度。我们从Windows系统中提取了12×12和96×96象素的0～9数字字库，16×16象素的常用ASCII字符字库。有了底层绘图函数和字符库，ATMEGA128单片机便可通过VGA显示控制器实现在屏幕任意位置显示图形或者文字信息。右面是用ICCAVR编写的ATMEGA128在VGA显示器上实现中点画圆法的例程及其实现示意图。只需用增量法找到1/8圆上的点，其它点在中心对称位置。

2  激光打印机的控制

    激光打印机是目前最常用输出设备之一，和热敏、喷墨打印机相比具有显著的优点，下面介绍用ATMEGA128微控制器直接控制激光打印机打印VGA显示器屏幕内容的方法。要控制打印机必须了解打印机命令语言。打印机语言指的是控制打印机工作的命令，它控制打印机如何组织被打印的文档，打印机按照这些命令来处理打印数据，并最终准确的打印出文字与图像。

2.1   PCL打印机命令语言

    PCL打印机命令语言是世界上应用最为广泛的标准打印机命令语言，由惠普公司开发，支持文字、点阵图像和矢量图形的打印。PCL命令由2个以上的字符组成，总是以控制字符ESC开始，用符合E_C 表示，其ASCII码为27，所以PCL命令又被

图 4 中点画圆法示意图

称作ESC序列。当打印机接收到字符E_C时，表示开始接收一条控制命令。PCL命令包括“两字符”命令序列和“参数化”命令序列两种ESC序列。

    “两字符”命令序列的格式如下：E_C X，其中符号X代表ASCII码48～126的字符，即ASCII字符表中“0” 和“～”之间的字符。符号X指示打印机需要进行的操作，例如命令“E_C E”是打印机复位命令，命令“E_C g”把纸张的左边距和上边距复位成默认值。“参数化”命令序列格式如下：E_C X y z1 # z2 # z3 ... # Zn[data] ，其中E_C为起始字符，X是参数化字符，代表ASCII码33～47之间字符，其作用是指明该序列是“参数化”序列；y为组字符，代表ASCII码96～126之间字符，用来指定待执行的操作属于什么组；#是数值域，其范围从-32767到65535；z i是本命令的参数，代表ASCII码从96～126之间字符，该参数用于组合的“参数化”序列，非组合序列则不用，其作用是指定前面的数值域所用的参数；Zn是结束字符，表示“参数化”命令序列结束；[data] 是传送到打印机的待打印数据，用8个bit表示，即为0～255之间任意数据。下面两例分别是非组合的“参数化”命令序列和组合的“参数化”命令序：

1       2 

    1是非组合序列，不含参数。2是组合序列，由序列E_C &l1O 和 E_C&l2A组合而成，其中小写的字符“o”是该序列的参数^[4]。各种命令序列的详细说明见参考文献^[4]。

2.2 打印屏幕

    ATMEGA128单片机的IO口和激光打印机的并口由如下信号连接： Strobe、Busy、GND、D0～D7共11根信号线。其中D0～D7是数据线，单片机通过数据线把控制打印机的PCL命令和待打印数据传送到打印机；Busy信号线指示打印机状态是否繁忙；Strobe 信号线是选通控制线，单片机在Strobe 信号线上输出一个低电平脉冲即可把D0～D7上的数据写人打印机。在论文的第一部分曾经提到，VGA显示器所显示的内容存储在SRAM显存中，每一个bit代表一个象素，因此打印屏幕就是把显存中的数据打印出来。ATMEGA128单片机首先发送PCL语言的打印机设置命令，对打印进行设置，然后即可传送打印数据。其步骤如下：1、发打印机复位命令；2、发设置纸张大小命令；3、发设置打印的起始位置命令；4、发设置分辨率命令；5、发设置打印机为点阵图形模式命令；5、传送要打印的数据;6、发结束图形模式命令；7、发换页指令，打印当前页。下面是ATMEGA128单片机对HP LASERJET6L激光打印机发送PCL命令，并控制打印机打印输出VGA屏幕信息的例程：

void print()

{unsigned int M; unsigned char i;  

unsigned char xdata *p;p=NVRS;

out(27);out('E');//打印机复位

out(27); pprint("&l26A");// 设置纸张为A4

out(27); pprint("*p210X");// '设置本页打印的X坐标起始位置

out(27); pprint("*p400Y");// '设置本页打印的Y坐标起始位置

out(27); pprint("*t100R");// '设置分辨率

out(27); pprint("*r1A");// '设置图形模式开始

for(M=0;M<480;M++)  //传送要打印的图形数据

{   out(27); pprint("*b80W");

        …………

    out(27); pprint("*rC");  // '图形模式结束

    out(255); out(12);//'本页结束，执行打印

}

结论：

    本文的创新点是用ATMEGA128单片机结合CPLD实现了对VGA显示器和激光打印机的控制，使单片机可以在VGA接口的显示器上显示图形、文字信息，并控制激光打印机把VGA屏幕上的信息打印输出。本设计克服了单片机控制系统的信息显示和打印功能薄弱的缺点，使其在发挥控制功能优势的基础上，还具有了实用的显示和打印功能，为扩大其应用范围奠定了基础。此外，本设计中用到的ATMEGA128的接口为GPIO口和Intel格式的标准总线，因此可以方便得移植到其他类型的芯片中，为其它系统的信息显示和打印提供了参考方案，本设计已经成功移植到了TMS320C6713 DSP芯片上^[5]。

参考文献
[1]   Atmel. 8-bit AVR Microcontroller with 128K Bytes In-System Programmable Flash2001
[2]   曹允. 基于FPGA的VGA时序彩条信号实现方   法及其应用. 电子技术应用.Vol.28 No.7 2002
[3]   孙家广等. 计算机图形学. 清华大学出版社,   2002
[4]   惠普公司. PCL5 Printer Language Technical Reference Manual First Edition. 1992
[5]   何明星等. Max7000系列可编程器件在DSP系统设计中应用 微计算机信息2003年19卷6期25-26页