基于飛思卡爾單片機(jī)的微型熱敏打印機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

常用的微型針式打印機(jī)速度慢、噪聲大，無法滿足某些場合的需要，微型熱敏打印機(jī)具有打印速度快、噪聲低、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)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打印時序和溫度要求較高，一旦控制不當(dāng)極易造成打印頭燒毀，其控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計較復(fù)雜，本文選用ftp－628系列熱敏打印頭開展以下研究工作。

2 系統(tǒng)組成

本文介紹的微型熱敏打印機(jī)主要由主控制件、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、熱敏打印頭過熱保護(hù)模塊、熱敏打印頭切紙檢測模塊、rs－232通信模塊和供電模塊等部分組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊負(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電路完成熱敏打印頭是否有紙檢測，rs－232通信模塊實現(xiàn)打印機(jī)與汽車行駛記錄儀之間的通信，供電模塊給控制電路及熱敏打印頭供電。

3 熱敏打印工作原理

熱敏打印頭ftp－628的框圖如圖2所示，該熱敏打印頭點(diǎn)結(jié)構(gòu)為384點(diǎn)/行、水平方向點(diǎn)密度為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/s[1]。

當(dāng)接通熱敏打印機(jī)電源（＋12v），供電模塊輸出＋5v用于所有控制電路，還輸出用于熱敏頭加熱印字的＋7.2v電壓，將其與打印頭vh相連，在時鐘clk的配合下，打印數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)輸入di引腳移入熱敏打印頭內(nèi)部的移位寄存器中，當(dāng)cpu將一行384位數(shù)據(jù)全部移入移位寄存器后，cpu將熱敏打印頭內(nèi)部鎖存端lat置為低電平，移位寄存器的數(shù)據(jù)被鎖存到鎖存器，然后cpu將熱敏都加熱控制信號stb置為高電平，此時根據(jù)384點(diǎn)輸入的數(shù)據(jù)是1或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。

4 硬件設(shè)計

4.1 主控器件

采用freescale公司s12系列單片機(jī)的mc9s12d64作為主控器件，該器件是一款性能優(yōu)良的單片機(jī)，包含一個16位中央處理單元、64kb flash、4kb ram，、1kb eeprom、兩個異步串行通信接口和一個同步串行接口等豐富資源[2]，能夠滿足本設(shè)計的需求，該器件具有良好的穩(wěn)定性，使得打印機(jī)能夠在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用。

4.2 熱敏打印頭過熱保護(hù)模塊

若民打印頭加熱時間一般為1ms，連續(xù)加熱超過1s后，很容易燒毀熱敏頭，所以必須對熱敏打印頭添加過熱保護(hù)電路，過熱保護(hù)電路圖如圖3所示，圖中vh為7.2v熱敏打印頭驅(qū)動電壓，vh的供給與否由常開繼電器控制，由cpu的一個i/o口輸出控制加熱電壓源控制端tc1，參見圖2與圖3。th為外部電阻與熱敏打印頭內(nèi)部熱敏電阻的分壓值。熱敏打印頭溫度升高，則th電壓降低，當(dāng)熱敏打印頭溫度上升到一定值時，th電壓低于比較器u1b的引腳6參考電壓，則引腳7輸出一個低電平，此時無論tc1為何值，與門u6的引腳3都為低電平，進(jìn)而q1截止，繼電器斷開，熱敏打印頭加熱電源被切斷[5]。同時主控器件檢測到比較器u1b的引腳7輸出低電平信號，進(jìn)入中斷，暫停打印工作。當(dāng)檢測到u1b的引腳7為高電平后，延時一段時間，出中斷。此時若熱敏打印頭溫度降低，th電壓高于u1b的引腳6參考電壓后，cpu恢復(fù)到正常工作情況，反之，比較器u1b的引腳7輸出依然是低電平，繼電器保持?jǐn)嚅_；主控器件再次進(jìn)入中斷模塊，這樣就可以起到保護(hù)熱敏打印頭的作用。

4.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊

步進(jìn)電機(jī)是將輸入的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的伺服電動機(jī)。ftp－628熱敏打印頭中使用的是二相四拍步進(jìn)電機(jī)控制打印紙走紙及走紙速度。本系統(tǒng)采用lb1836m進(jìn)行驅(qū)動。lb1836m是低飽和、雙通道雙向電機(jī)驅(qū)動器件，常用于微型打印機(jī)、相機(jī)等便攜設(shè)備，圖4給出步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，引腳in1、in2、in3和in4是步進(jìn)脈沖的輸入端，out1、out2、out3、out4為步進(jìn)脈沖的輸出端，分別與熱敏打印頭中電機(jī)對應(yīng)的a、na、b、nb相連接。uot[1：4]與in[1：4]的邏輯關(guān)系為out＝in。輸出驅(qū)動電壓由引腳vs控制，其電壓高低決定了步進(jìn)電機(jī)工作電流的大小，影響步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的快慢，決定走紙快慢，lb1836m輸入端的四個步進(jìn)脈沖可由單片機(jī)的pwm0、pwm1、pwm2、pwm3四路pwm通道產(chǎn)生。四路pwm的相位關(guān)系為pwm0與pwm2反相，pwm1與pwm3反相，pwm0與pwm1相差π/2。

4.4 數(shù)據(jù)加載

數(shù)據(jù)加載即將內(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，然后進(jìn)行打印。由于本設(shè)計采用的主控器件帶有串行外圍接口（spi），所以將spi用于數(shù)據(jù)加載，使用spi加載數(shù)據(jù)，不但電路比硬件方式數(shù)據(jù)移位簡化，而且較i/o口模擬串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序移位速度更快，從而整體提高了打印機(jī)性能。

如圖5所示，將主控器件設(shè)為主機(jī)，熱敏打印機(jī)內(nèi)部移位寄存設(shè)為從機(jī)，主控器件mc9s12d64將打印的數(shù)據(jù)存入spi數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)開始傳輸，數(shù)據(jù)通過串行時鐘線的同步信號循環(huán)移位8位，移入熱敏打印頭內(nèi)部的移位寄存器中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的加載。

5 軟件設(shè)計

本熱敏打印機(jī)的軟件設(shè)計主要是通過rs－232通信模塊接收由汽車行駛記錄儀傳來的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)類型。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時，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)按照命令動作，如果是字符數(shù)據(jù)，則進(jìn)入打印狀態(tài)，進(jìn)入打印狀態(tài)后，尋找要打印字符的的首地址，按照該字符的規(guī)范，從字庫中去除打印點(diǎn)陣放入spi數(shù)據(jù)寄存器，并傳輸?shù)綗崦舸蛴☆^的移位寄存器，按行打印，走紙，具體打印流程如圖6所示。

6 結(jié)束語

本文對熱敏打印機(jī)的控制部分作了介紹。文中介紹的設(shè)計方案實現(xiàn)了微型熱敏打印機(jī)正常運(yùn)行，根據(jù)實際情況，可選擇不同的熱敏打印頭與微控制器，以滿足需求，設(shè)計的熱敏打印機(jī)取得了良好的打印效果，驗證了設(shè)計方案的合理性。