第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计

第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计

热敏打印机是利用发热元件产生热量，使紧贴在其表面的热敏纸迅速变色，从而在纸上形成相应点阵字符或图形的一种打印机。相对于针式、笔式打印机，热敏打印机具有结构简单、体积小、重量轻、噪声小、功耗低、印字质量高、价格便宜、运行成本较低及使用可靠等一系列优点。已越来越广泛地应用于医疗仪器、银行柜员机及POS终端等各种便携式计算机系统和智能化设备中，被认为是最合适的便携式硬拷贝输出设备。本章以精工（SEIKO）SII生产的一款高速热敏打印机LTPA245为例，介绍一种通用热敏打印机的驱动设计。

8.1 热敏打印机的工作原理

8.1.1 热敏打印机结构原理

热敏式打印机的关键部件是打印头。它包含很多微型发热元件，这些发热元件一般采用集成电路工艺和光刻技术，通过物理化学方法在陶瓷基片上加工制成。为防止发热元件与热敏纸接触时产生的磨损，表面涂了一层类似玻璃的保护膜。目前的工艺水平已将发热元件的密度做到8点/mm (分辨率达200dpi)、16点/mm，甚至更高。在印字速度低于100cps时，热敏头寿命可达1亿字符，或记录纸滑行30km的可靠性。热敏打印机所用的打印纸不是普通纸，而是经特殊处理过的感热记录纸。这种记录纸是将两种混合成份材料涂复在纸上而成，基层纸上涂有一层几微米厚的白色感热生色层。在这个感热生色层上涂有无色染料和特殊生色剂。为使他们能有效地附在纸上，在它们周围的空隙里还填充有粘合剂。感热生色层一经加热，生色剂立即熔化，并熔进无色染料中，引起化学反应显出颜色，这一过程仅需几个毫秒即可完成。

由于感热记录纸是受热后材料熔融引起化学反应而呈现颜色，如温度过高，新的合成物质被分解，颜色又会消失。另外，这种物质在光的长时间作用下也会自动分解，所以感热记录纸不能长期保存。虽然热敏打印机对打印纸有特殊要求，但是这种记录纸价格并不贵，无需像针打那样经常要更换色带。因此，越来越多的智能化仪器仪表采用热敏打印机作为输出设备。

8.1.2 热敏打印机设计中需要注意的问题

为实现高品质的打印，在设计热敏打印机电路和控制时序时必须注意三个问题：

1. 常能量控制

常能量控制指的是打印头上每一个发热元件发出的热量要相同，且保持一个常量，否则打印出的字符颜色有深有浅，影响打印效果。发热元件每次发出的热量，除了与发热元件流过的电流的大小和持续时间有关外，还与其本身的余热（如果前次已经通电发热）有关。它的余热直接影响下一次发热元件传给打印纸的热量，从而影响打印效果。因此，热敏打印机电路除了要检测环境温度外，还要记录每一个发热元件前一次状态，甚至前几次的通电发热的状态，以决定本次究竟要给出多大热量（可以通过控制通电时间来确定）。打印速度越快，这个问题就越重要。

2. 大电流脉冲控制

由于打印时要同时激励的发热元件可能会很多，如一个分辨率为8点/mm，打印宽度为72mm的打印头，一点行上要排列8×72 = 576个发热元件。尽管每个发热元件只要几十毫安的电流，但若同时激励这些发热元件，总电流就很可观了，而且这种脉冲式的电流谐波分量极其丰富，会给其它电路带来很大的干扰，甚至使打印电路失控，烧毁打印头发热元件。

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因此，发热元件通电驱动程序要仔细考虑，一般可将每点行分成几段，以几段为一组同时传送，使电流变化比较平稳。

3. 处理时间与CPU速度协调

由于打印速度较快，尽管每点行只需要几十个字节的数据，但必须在数毫秒内完成这些数据的接收、处理、输出到打印头、常能量控制等一系列要求，故对CPU的速度就有较高的要求。

8.2 LTPA245热敏打印机

LTPA245是精工公司生产的一款高速热敏打印机，采用全新的结构及打印技术，小巧轻便。分离式的压纸轴设计更便于上纸，加上低电压驱动，可实现两节锂电池供电。广泛应用于测量分析仪、POS机、通讯设备或数据终端及各种便携式设备上，已成为目前热敏打印机业界的最畅销机型，其外形结构如图8-1所示。

◆分离式压纸轴设计便于上纸

◆小巧轻便可应用于手持设备

◆优质耐用（打印头可连续打印超过50km）

◆准确快速（90mm/秒）

◆配有纸源感应器，自动检测上纸情况

◆结构合理，便于维护保养

LTPA245的技术参数如表8-1所示。图8-1 LTPA245的外形

表8-1 LTPA245的技术参数

LTPA245通过一个1mm间距的27针FPC连接器（见图8-1）与驱动器进行连接，连接器各引脚的定义和功能如表8-2所示。

LTPA245采用同步串行通信接口，数据以串行移位的方式从驱动器移入打印机内部的数据锁存器，其工作时序如图8-2所示。其中，DAT为串行移位数据，CLK为移位时钟，/LATCH 为数据锁存信号，DST为分段加热控制信号。打印数据以384 bit（12 words）为一行，在CLK作用下，数据从DAT端逐一移入打印机内数据寄存器中。每一个数据位对应1个加热元

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表8-2 FPC连接器各针脚定义

图8-2 LTPA245的打印时序

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件，当该位数据为0时，表示不加热，为1时表示加热。热敏纸被加热的位置变黑，不加热的位置不变色（白）。当384个bit 全部移入打印机后，驱动器应输出1个/LATCH 锁存信号（负脉冲），将数据送到打印寄存器。实际打印时，为防止电流过大，打印头温度过高，驱动器应控制DST0～DST5的输出信号，将一行数据分段（本系统分3段）打印。一行打印结束后，驱动器从A 、/A 、B 、/B 端送出脉冲，控制步进电机带动热敏纸前移一段距离，继续打印下一行。

LTPA245内部带有一个微型、大力矩的精密2相4线步进电机。电机有A 、B 两组线圈、4个控制端，分别定义为A 、/A 、B 、/B 。当驱动器按表8-3所示的脉冲序列从控制端给步进电机输入脉冲时，可控制电机匀速转动。

表8-3 步进电机驱动时序

8.3 步进电机的驱动

LTPA245内部不带步进电机驱动芯片，需外接驱动电路。本章设计的驱动系统选用FAN8200D 驱动热敏打印机内部的步进电机。FAN8200/FAN8200D 是美国快捷半导体公司设计生产的低工作电压、低饱和压降单片式步进电机驱动器集成电路，可用于两相步进电机的驱动。它带有双路H 桥，可分别驱动两个独立的PNP 功率管。每一个桥都有各自独立的使能引脚，非常适合于需要独立控制的步进电机驱动系统。

FAN8200/FAN8200D 的主要特点有：

◆ 具有3.3V 和5V 微处理器(MPU)接口；

◆ 内含可驱动双极步进电机的双向H 桥路；

◆ 内含垂直PNP 功率晶体管；

◆ 可适应宽达2.5V ～7.0V 的电源电压范围；

◆ 具有很低的饱和压降（可低达0.4V/0.4A ）；

◆ 每一路H 桥均具有独立的使能引脚，并可单

独进行使能控制；

◆ 具有过流保护功能； 图8-3 FAN8200D 的引脚

◆ 具有过热关断（TSD ）功能。

FAN8200/FAN8200D 的上述特性使其可广泛应用于通用低压步进电机驱动系统、磁盘驱动器、PC 照相机和数码相机的步进电机驱动、安全移动控制器、热敏式打印机、运动控制器以及需要两通道直流电机驱动的控制系统，同时还可用于微处理器接口的通用功率驱动器的电机驱动系统。

1. FAN8200/FAN8200D 的引脚功能

FAN8200采用14脚DIP-300封装，而FAN8200D 则采用14脚SOP-225封装。他们的工作温度都是-20～+70℃，其引脚排列如图8-3所示，各引脚的功能见表8-4。

2. FAN8200/FAN8200D 的工作原理

FAN8200/FAN8200D 的内部由两路完全相同的控制电路组成。外部脉冲信号从IN1（或IN2）输入，经片内前级缓冲放大后送入片内控制器，此信号在CE1（或CE2）使能的情况下，