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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，無法滿足某些場合的需要。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、機頭小而輕等優點，可滿足各種場合的打印要求，因此得到廣泛應用。筆者在汽車行駛記錄儀的開發過程中，根據廠家要求，選用較為先進的熱敏打印機作為打印設備。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。該熱敏打印頭點結構384點/行，水平方向點密度：8點/mm，垂直方向行間距：8點/mm。有效打印寬度48mm。打印速度最大為60mm/秒[1]。 要打印的數據在時鐘CLK的配合下，經由數據輸入腳DI移到熱敏機芯內部的移位寄存器中。經384個時鐘周期，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產生高電平，此時根據384點輸入的DI數據是1或者是0決定發熱元件是否發熱，由此在熱敏紙上產生要打印的點行。 3 系統整體框圖 本文介紹的微型熱敏打印機由主控芯片、步進電機驅動模塊、熱敏打印頭過熱保護模塊、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。其中步進電機驅動模塊負責控制打印紙走紙及走紙速度；熱敏打印頭過熱保護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RS-232通信模塊接收由主機傳來的數據。當接收到數據時，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作；如果判斷為字符數據，則從字庫中提取字符點陣，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，可以通過硬件方式和軟件移位的方式實現[3]。本打印機實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序。圖3為I/O口實現數據移位流程圖。P1.0口模擬時鐘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打印頭加熱后在熱敏打印紙上灼燒印字，所以，加熱時間的長短決定了印字的清晰與快慢。因此，根據實際情況，合理的設計加熱時間對于實現熱敏打印機的高質量打印十分重要。 圖3I/O口實現數據移位流程圖 4.3 步進電機走紙及驅動 圖4I/O口模擬輸出PWM的時序圖 設計的熱敏打印機內部的二相四拍步進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，再經過兩個非門，將輸出的2路模擬PWM波形轉換為4路，輸入步進電機驅動器，驅動步進電機[4]。圖4為P1.2與P1.3口模擬輸出PWM的時序圖。在一個周期內，P1.2較P1.3延時3/4個周期。 4.4 保護與中斷 熱敏打印頭加熱時間一般為1ms，連續加熱超過1s后，很容易燒毀、損壞熱敏頭，所以實際的熱敏打印機必須對熱敏打印頭添加過熱保護電路。當熱敏打印頭溫度過高時，過熱保護模塊輸出一個低電平到/INT0腳，使打印機進入中斷[3]。圖5為過熱保護中斷流程圖。進入中斷后，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，并暫停其他動作。當熱敏打印頭溫度降低后，則過熱保護模塊輸出一個高電平到/INT0腳，此時，打印機延時一段時間后出中斷。 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。當熱敏打印頭無紙時，傳感器中的發光二極管發出的光束無法經由打印紙反射到光敏三極管上，光敏三極管由此而無法導通，經過外部電路后，/INT1為低電平，進入中斷。反之，/INT1為高電平，工作正常。其中斷流程與過熱保護中斷類似。 圖5 過熱保護中斷流程圖 4.5 字符庫的構造與提取 由于本打印機是應用于汽車行駛記錄儀的專用打印機，按照汽車行駛記錄儀的要求，約需使用100個左右的漢字以及26個大寫英文字母以及10個阿拉伯數字，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現靈活打印，也可以使打印出來的字符效果美觀。提取字符點陣時，首先判斷字符類型，再尋得要打印字符的首地址，按照該字符的點陣規范，從字庫中取出打印點陣放入緩沖區，進而加載，并打印。 5結束語 本文創新點：為簡化硬件電路，采用軟件移位實現數據加載，通過軟件產生步進電機所需的 PWM驅動信號；為減小打印機對存儲空間的需求，針對汽車行駛記錄儀使用字符少的特點，設計了自定義的字符庫。 本文使用軟件實現了熱敏打印機的運行控制。實驗證明，微型熱敏打印機在實時性要求不高的諸多場合能正常運行，驗證了設計方案的合理性。而對于實時性要求高、成本并不敏感的打印環境，則應該引入實時操作系統，實現對打印機的實時操作。 |
