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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。 |
