基于89S51單片機的微型熱敏打印機軟件設計

發(fā)布時(shí)間:2010-7-25 21:20    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: 89S51 , 熱敏打印機
1 引言  
  
由于常用的微型針式打印機的速度慢,噪聲大,無(wú)法滿(mǎn)足某些場(chǎng)合的需要。微型熱敏打印機具有打印速度快、噪音低、可靠性高、字跡清晰、機頭小而輕等優(yōu)點(diǎn),可滿(mǎn)足各種場(chǎng)合的打印要求,因此得到廣泛應用。筆者在汽車(chē)行駛記錄儀的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,根據廠(chǎng)家要求,選用較為先進(jìn)的熱敏打印機作為打印設備。但微型熱敏打印頭對打印時(shí)序和溫度要求較高,一旦控制不當極易造成打印頭燒毀。因此,在有合理的硬件設計的基礎上,軟件設計也十分重要。本文使用某些軟件設計替代了部分硬件電路,使打印機的控制電路得到了簡(jiǎn)化。  

2 打印原理  
  
選用的FTP-628作為熱敏打印頭。該熱敏打印頭點(diǎn)結構384點(diǎn)/行,水平方向點(diǎn)密度:8點(diǎn)/mm,垂直方向行間距:8點(diǎn)/mm。有效打印寬度48mm。打印速度最大為60mm/秒[1]。  
  
要打印的數據在時(shí)鐘CLK的配合下,經(jīng)由數據輸入腳DI移到熱敏機芯內部的移位寄存器中。經(jīng)384個(gè)時(shí)鐘周期,一行384位數據全部移到移位寄存器后,鎖存端的鎖存信號/LAT由CPU置低,移位寄存器的數據被鎖存到鎖存器。然后熱敏頭加熱控制信號STB產(chǎn)生高電平,此時(shí)根據384點(diǎn)輸入的DI數據是1或者是0決定發(fā)熱元件是否發(fā)熱,由此在熱敏紙上產(chǎn)生要打印的點(diǎn)行。  

3 系統整體框圖  
  
本文介紹的微型熱敏打印機由主控芯片、步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊、熱敏打印頭過(guò)熱保護模塊、熱敏打印頭缺紙檢測模塊、RS-232通信模塊、供電模塊等部分組成。其中步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊負責控制打印紙走紙及走紙速度;熱敏打印頭過(guò)熱保護模塊防止熱敏打印頭溫度過(guò)高損壞;熱敏打印頭缺紙檢測電路完成熱敏打印頭是否有紙檢測;RS-232通信模塊實(shí)現打印機與上位機之間的通信;供電模塊給控制電路及熱敏打印頭供電。根據實(shí)際需要,考慮成本,選擇89S51單片機作為主控芯片[2]。如圖1,給出了主控芯片與各個(gè)模塊之間的接口功能設計。  

  
圖1 主控芯片與功能模塊的接口設計  

4 系統軟件設計  

4.1 整體流程  

如圖2,給出了整個(gè)系統工作的軟件流程圖。本熱敏打印機的軟件設計主要是通過(guò)RS-232通信模塊接收由主機傳來(lái)的數據。當接收到數據時(shí),首先要判斷是命令字還是字符 數據。如果是命令字,則打印機按照命令動(dòng)作;如果判斷為字符數據,則從字庫中提取字符點(diǎn)陣,按行打印,走紙。  

  
圖2系統工作流程圖  

4.2 數據加載與印字   
  
將內存緩沖區的數據輸出到熱敏打印頭的移位寄存器中,可以通過(guò)硬件方式和軟件移位的方式實(shí)現[3]。本打印機實(shí)現方案采用的是后者。一般情況下,軟件移位是由I/O口模擬串行數據傳輸時(shí)序。圖3為I/O口實(shí)現數據移位流程圖。P1.0口模擬時(shí)鐘CLOCK,P1.1口在CLOCK的配合下輸出數據DATA,輸出數據到熱敏打印頭內部的移位寄存器中。  
  
P2[0:5]分別與打印頭內部的加熱選通信號STB[0:5]相連接。當數據全部移入到移位寄存器后,對STB[0:5]操作,加熱印字。由于熱敏打印機是通過(guò)打印頭加熱后在熱敏打印紙上灼燒印字,所以,加熱時(shí)間的長(cháng)短決定了印字的清晰與快慢。因此,根據實(shí)際情況,合理的設計加熱時(shí)間對于實(shí)現熱敏打印機的高質(zhì)量打印十分重要。  

  
圖3I/O口實(shí)現數據移位流程圖  

4.3 步進(jìn)電機走紙及驅動(dòng)  

  
圖4I/O口模擬輸出PWM的時(shí)序圖  
  
設計的熱敏打印機內部的二相四拍步進(jìn)電機控制打印頭的走紙及走紙速度。由2路I/O口模擬2路PWM輸出,再經(jīng)過(guò)兩個(gè)非門(mén),將輸出的2路模擬PWM波形轉換為4路,輸入步進(jìn)電機驅動(dòng)器,驅動(dòng)步進(jìn)電機[4]。圖4為P1.2與P1.3口模擬輸出PWM的時(shí)序圖。在一個(gè)周期內,P1.2較P1.3延時(shí)3/4個(gè)周期。  

4.4 保護與中斷  
  
熱敏打印頭加熱時(shí)間一般為1ms,連續加熱超過(guò)1s后,很容易燒毀、損壞熱敏頭,所以實(shí)際的熱敏打印機必須對熱敏打印頭添加過(guò)熱保護電路。當熱敏打印頭溫度過(guò)高時(shí),過(guò)熱保護模塊輸出一個(gè)低電平到/INT0腳,使打印機進(jìn)入中斷[3]。圖5為過(guò)熱保護中斷流程圖。進(jìn)入中斷后,主控芯片斷開(kāi)熱敏打印頭加熱供電控制繼電器,停止熱敏打印頭的加熱供電,并暫停其他動(dòng)作。當熱敏打印頭溫度降低后,則過(guò)熱保護模塊輸出一個(gè)高電平到/INT0腳,此時(shí),打印機延時(shí)一段時(shí)間后出中斷。  
  
熱敏打印頭內部用光電繼電器作為傳感器,檢測打印頭是否有紙。當熱敏打印頭無(wú)紙時(shí),傳感器中的發(fā)光二極管發(fā)出的光束無(wú)法經(jīng)由打印紙反射到光敏三極管上,光敏三極管由此而無(wú)法導通,經(jīng)過(guò)外部電路后,/INT1為低電平,進(jìn)入中斷。反之,/INT1為高電平,工作正常。其中斷流程與過(guò)熱保護中斷類(lèi)似。  

  
圖5 過(guò)熱保護中斷流程圖  

4.5 字符庫的構造與提取  
  
由于本打印機是應用于汽車(chē)行駛記錄儀的專(zhuān)用打印機,按照汽車(chē)行駛記錄儀的要求,約需使用100個(gè)左右的漢字以及26個(gè)大寫(xiě)英文字母以及10個(gè)阿拉伯數字,為降低字庫對硬件存儲空間的要求,采用自定義的字符庫。另外,自定義的字符庫靈活性較強,在自定義字庫中,這樣既可以在同等打印寬度的情況下實(shí)現靈活打印,也可以使打印出來(lái)的字符效果美觀(guān)。提取字符點(diǎn)陣時(shí),首先判斷字符類(lèi)型,再尋得要打印字符的首地址,按照該字符的點(diǎn)陣規范,從字庫中取出打印點(diǎn)陣放入緩沖區,進(jìn)而加載,并打印。  

5結束語(yǔ)  

本文創(chuàng )新點(diǎn):為簡(jiǎn)化硬件電路,采用軟件移位實(shí)現數據加載,通過(guò)軟件產(chǎn)生步進(jìn)電機所需的 PWM驅動(dòng)信號;為減小打印機對存儲空間的需求,針對汽車(chē)行駛記錄儀使用字符少的特點(diǎn),設計了自定義的字符庫。  
  
本文使用軟件實(shí)現了熱敏打印機的運行控制。實(shí)驗證明,微型熱敏打印機在實(shí)時(shí)性要求不高的諸多場(chǎng)合能正常運行,驗證了設計方案的合理性。而對于實(shí)時(shí)性要求高、成本并不敏感的打印環(huán)境,則應該引入實(shí)時(shí)操作系統,實(shí)現對打印機的實(shí)時(shí)操作。
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