热敏打印机设计解决方案

热敏打印机设计解决方案

Develop plan of thermal printer

Author：ShangHai C&W 瞿江洪

第一篇综述

摘要：介绍热敏打印机的工作原理，组成结构。论述驱动板的硬件和软件的组成，介绍设计过程中注意事项，并提出解决的方案。

关键词：热敏打印机、二相八拍、步进电机、模块化、任务调度、实时处理

引言：热敏打印机是一种常规的票据打印设备，它具有体积小、重量轻、打印点密集清晰以及低噪声的特点。热敏打印机广泛用于实验室、售卖设备等领域。热敏打印机是集软硬件于一体的嵌入式实时处理系统。

热敏打印机系统架构

热敏打印机由硬件平台和驱动软件两部分构成。按照功能性的组成分为以下几个功能单元：步进电机、打印点数据通讯、发热单元控制、传感器信号单元、钱箱控制、通讯接口、键盘、指示灯组、字库、非易失性数据单元、可操作的外部扩展数据空间、复位电路，供电回路、外部震荡、核心处理单元等。

设计依据

GB/T 15425-2002 UCC/EAN—128 bar code EAN.UCC系统 128条码

GB/T 12904-2003 商品条码

IEEE 1284-1995 计算机并口

术语、定义和缩略语

第二篇总体性能

产品性能概况

1）工作频率：24Mhz

2）工作电压：DC9~12V / 2000mA

3）静态耗流：<50mA

4）打印纸宽：57.5±0.5mm

5) 有效打印宽度：48mm

6) 打印速度：50mm/s

7) 走纸速度：70mm/s

8) 可靠性：100万行

9）打印纸规格：TF50KS-E、AF50KS-E、F5041C 纸宽：57.5±0.5mm

外径：Ф50mm

内径：Ф13mm

纸厚：60~70μm,53~60g/m2

接口性能

1）电源接口：PSII-LPS接口

2）25pin 标准并口 / 串口通讯接口

3）14pin JTAG接口

4）RJ11-6pin 接口

5）26pin 打印机芯转接口

6）1*2键盘和双LED指示灯显示接口

环境性能

Normal operation:-00°C to +50°C

Normal operation humidity: 20~85%

Storage temperature -20°C to +60°C

Storage humidity: 5~95%

Weight: circa 1.0 KG

Size: 143.8(W)× 96.5(D) × 1.6(H) mm

主要应用方向和工作流程

微型热敏打印机作为一种常规的票据打印设备，广泛应用于售卖系统、试验室以及非存根型单据系统中。

第三篇硬件总体

硬件总体架构

TPM100的总体和应用架构如下图示：

硬件总体框架图

TPM100硬件总体方案为μpsd32** + cs51414 + l6219r + x4043 + lm393 + max202 + 25p80 + sn74ahc1 23 + sn74ahc74 + sn74ahc001g + sn74ahc05pw + lm7806 + sn74hc573。

TPM100硬件由通讯、电源、微控制器、功率电路、打印数据管理、字库管理以及键盘和指示灯等几部分构成。电源

电源部分提供了3组不同电平的输出：7.4V、5V、3.3V。输入电源为9~12V。7.4V作为功率部分的供电电源；5V 作为逻辑部分的主电源；而3.3V则作为外扩字库的供电电源。

通讯

TPM100可支持标准并口和RS-232串口通讯方式，在出厂时就需要进行相关设置，确定通讯方式。通讯部分作为与外部的信息交互单元由硬件电路通讯电路和通讯缓冲两个部分构成。

标准并口：数据总线宽度8bits，控制总线4bits ，占用一个外部中断源。电路由MCU、sn74ahc74、sn74ahc05 pw、sn74hc573、sn74ahc001g构成。

RS-232串口：由两根数据线TXD、RXD，两根应答线DTR、DSR组成，占用一个UART中断源。电路由max202和M CU的通用端口和串口构成。

通讯缓冲：采用MCU自带的SRAM空间。

通讯方式的选择：用一个跳帽选择对应的通讯方式。

功率电路

TPM100的功率电路有两个部分，即发热单元和步进电机。它们都采用7.4V的供电电源。

发热单元：其功率控制部分由热敏打印头内部集成，在TPM100设计过程中仅仅需要给打印头提供7.4V电源和相关的逻辑控制线。为了保护发热单元不受到损坏，设计过程中需要考虑硬件保护的问题，硬件保护电路由sn74a hc123和mcu的一个通用i/o构成。

步进电机：通过步进电机驱动芯片将逻辑信号转换成功率信号驱动步进电机。电路由l6219r和mcu的6个通用i /o组成，送出一组2相8拍的功率信号。

打印数据管理

打印数据管理分为两个部分：打印数据缓冲管理和打印数据的发送。

打印数据缓冲管理：在MCU自带的SRAM空间开辟一个空间作为打印缓冲。

打印数据的发送：占用MCU三个通用i/o，模拟串口发送数据致打印头。

字库管理

TPM100的字库包括三个部分：标准汉字字库、内部西文字库（产家设定的西文字库）和自定义字库。

标准汉字字库采用spi外扩方式存放在外部flash memory 25p80中，采用3.3V供电。

内部字库存放在程序空间。

自定义字库存放在MCU自带的SRAM空间，可自定义数量为96个（12*24点阵）。

键盘和指示灯

支持两个按键和一个可控制指示灯以及一个电源指示灯（5v），按键占用一个外部中断源和一个通用i/o，可控制指示灯占用一个通用i/o。

指示灯状态及说明：

序号指示灯状态说明

1亮在线

2灭离线

3闪烁告警

按键说明：

键盘由[SEL]在线控制按键和[LF]走纸按键构成，在线方式下，按下[SEL]进入离线方式，在这个状态下，TPM100不接受下传数据，按下[LF]可走纸，松开即停止。再按[SEL]可恢复在线方式。

按住[SEL]，然后接通电源，可进入自检模式。

微控制器

TPM100采用μpsd32**作为微控制器，协调各个功能单元的工作。

硬件单元功能描述及接口要求

通讯部分

通讯部分由串口通讯和并口通讯构成（注：两种通讯方式不能共存并由出产设置决定采用定制通讯方式）。TPM100的串口通讯部分采用RS232IE标准串口电器规范，共一组数据线（RXD/TXD），一组应答线(DSR/DTR)；TPM100的并口通讯部分采用兼容pacsz1284并口通讯规范，数据宽度8bits，控制总线宽度4bits。

外接部分

外接部分由键盘和LED指示灯两部分构成；

键盘有两个按键：SEL和LF按键。SEL为在线控制线，LF为走纸键。

LED指示灯一为电源指示灯，一为状态指示灯。

打印机芯控制部分

打印机芯控制分为三个部分：步进电机控制、发热单元控制以及传感器信号的处理。

当前采用打印机芯内置步进电机是一个两相八拍的电机，对应的在设计过程中也需要采用两相八拍的电机驱动芯片，根据电机性能设定输出电流不超过350mA。

步进电机控制芯片控制信号说明：