基于89S51單片機(jī)的微型熱敏打印機(jī)軟件設(shè)計(jì)

1引言

由于常用的微型針式打印機(jī)的速度慢，噪聲大，無(wú)法滿足某些場(chǎng)合的需要。微型熱敏打印機(jī)具有打印速度快、噪音低、可靠性高、字跡清晰、機(jī)頭小而輕等優(yōu)點(diǎn)，可滿足各種場(chǎng)合的打印要求，因此得到廣泛應(yīng)用。筆者在汽車行駛記錄儀的開發(fā)過程中，根據(jù)廠家要求，選用較為先進(jìn)的熱敏打印機(jī)作為打印設(shè)備。但微型熱敏打印頭對(duì)打印時(shí)序和溫度要求較高，一旦控制不當(dāng)極易造成打印頭燒毀。因此，在有合理的硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，軟件設(shè)計(jì)也十分重要。本文使用某些軟件設(shè)計(jì)替代了部分硬件電路，使打印機(jī)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)在時(shí)鐘CLK的配合下，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入腳DI移到熱敏機(jī)芯內(nèi)部的移位寄存器中。經(jīng)384個(gè)時(shí)鐘周期，一行384位數(shù)據(jù)全部移到移位寄存器后，鎖存端的鎖存信號(hào)/LAT由CPU置低，移位寄存器的數(shù)據(jù)被鎖存到鎖存器。然后熱敏頭加熱控制信號(hào)STB產(chǎn)生高電平，此時(shí)根據(jù)384點(diǎn)輸入的DI數(shù)據(jù)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(tǒng)整體框圖

本文介紹的微型熱敏打印機(jī)由主控芯片、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、熱敏打印頭過熱保護(hù)模塊、熱敏打印頭缺紙檢測(cè)模塊、RS-232通信模塊、供電模塊等部分組成。其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)控制打印紙走紙及走紙速度;熱敏打印頭過熱保護(hù)模塊防止熱敏打印頭溫度過高損壞;熱敏打印頭缺紙檢測(cè)電路完成熱敏打印頭是否有紙檢測(cè);RS-232通信模塊實(shí)現(xiàn)打印機(jī)與上位機(jī)之間的通信;供電模塊給控制電路及熱敏打印頭供電。根據(jù)實(shí)際需要，考慮成本，選擇89S51單片機(jī)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(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 整體流程

如圖2，給出了整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件流程圖。本熱敏打印機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要是通過RS-232通信模塊接收由主機(jī)傳來的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，首先要判斷是命令字還是字符 數(shù)據(jù)。如果是命令字，則打印機(jī)按照命令動(dòng)作;如果判斷為字符數(shù)據(jù)，則從字庫(kù)中提取字符點(diǎn)陣，按行打印，走紙。

4.2 數(shù)據(jù)加載與印字

將內(nèi)存緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸出到熱敏打印頭的移位寄存器中，可以通過硬件方式和軟件移位的方式實(shí)現(xiàn)[3]。本打印機(jī)實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)傳輸時(shí)序。圖3為I/O口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)DATA，輸出數(shù)據(jù)到熱敏打印頭內(nèi)部的移位寄存器中。

P2[0:5]分別與打印頭內(nèi)部的加熱選通信號(hào)STB[0:5]相連接。當(dāng)數(shù)據(jù)全部移入到移位寄存器后，對(duì)STB[0:5]操作，加熱印字。由于熱敏打印機(jī)是通過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(zhǎng)短決定了印字的清晰與快慢。因此，根據(jù)實(shí)際情況，合理的設(shè)計(jì)加熱時(shí)間對(duì)于實(shí)現(xiàn)熱敏打印機(jī)的高質(zhì)量打印十分重要。

4.3 步進(jìn)電機(jī)走紙及驅(qū)動(dòng)

設(shè)計(jì)的熱敏打印機(jī)內(nèi)部的二相四拍步進(jìn)電機(jī)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)過兩個(gè)非門，將輸出的2路模擬PWM波形轉(zhuǎn)換為4路，輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)[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(nèi)，P1.2較P1.3延時(shí)3/4個(gè)周期。

4.4 保護(hù)與中斷

熱敏打印頭加熱時(shí)間一般為1ms，連續(xù)加熱超過1s后，很容易燒毀、損壞熱敏頭，所以實(shí)際的熱敏打印機(jī)必須對(duì)熱敏打印頭添加過熱保護(hù)電路。當(dāng)熱敏打印頭溫度過高時(shí)，過熱保護(hù)模塊輸出一個(gè)低電平到/INT0腳，使打印機(jī)進(jìn)入中斷[3]。圖5為過熱保護(hù)中斷流程圖。進(jìn)入中斷后，主控芯片斷開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(dāng)熱敏打印頭溫度降低后，則過熱保護(hù)模塊輸出一個(gè)高電平到/INT0腳，此時(shí)，打印機(jī)延時(shí)一段時(shí)間后出中斷。

熱敏打印頭內(nèi)部用光電繼電器作為傳感器，檢測(cè)打印頭是否有紙。當(dāng)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(dǎo)通，經(jīng)過外部電路后，/INT1為低電平，進(jìn)入中斷。反之，/INT1為高電平，工作正常。其中斷流程與過熱保護(hù)中斷類似。

4.5 字符庫(kù)的構(gòu)造與提取

由于本打印機(jī)是應(yīng)用于汽車行駛記錄儀的專用打印機(jī)，按照汽車行駛記錄儀的要求，約需使用100個(gè)左右的漢字以及26個(gè)大寫英文字母以及10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字，為降低字庫(kù)對(duì)硬件存儲(chǔ)空間的要求，采用自定義的字符庫(kù)。另外，自定義的字符庫(kù)靈活性較強(qiáng)，在自定義字庫(kù)中，這樣既可以在同等打印寬度的情況下實(shí)現(xiàn)靈活打印，也可以使打印出來的字符效果美觀。提取字符點(diǎn)陣時(shí)，首先判斷字符類型，再尋得要打印字符的首地址，按照該字符的點(diǎn)陣規(guī)范，從字庫(kù)中取出打印點(diǎn)陣放入緩沖區(qū)，進(jìn)而加載，并打印。

5 結(jié)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(xiàn)數(shù)據(jù)加載，通過軟件產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需的 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào);為減小打印機(jī)對(duì)存儲(chǔ)空間的需求，針對(duì)汽車行駛記錄儀使用字符少的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自定義的字符庫(kù)。

本文使用軟件實(shí)現(xiàn)了熱敏打印機(jī)的運(yùn)行控制。實(shí)驗(yàn)證明，微型熱敏打印機(jī)在實(shí)時(shí)性要求不高的諸多場(chǎng)合能正常運(yùn)行，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的合理性。而對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高、成本并不敏感的打印環(huán)境，則應(yīng)該引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)打印機(jī)的實(shí)時(shí)操作。