基于89S51單片機的微型熱敏打印機軟件設(shè)計

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(yōu)點，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)廠家要求，選用較為先進的熱敏打印機作為打印設(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。因此，在有合理的硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，軟件設(shè)計也十分重要。本文使用某些軟件設(shè)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)在時鐘CLK的配合下，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入腳DI移到熱敏機芯內(nèi)部的移位寄存器中。經(jīng)384個時鐘周期，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/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STB產(chǎn)生高電平，此時根據(jù)384點輸入的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)生要打印的點行。

3 系統(tǒng)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(qū)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(qū)動模塊負責(zé)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(xiàn)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(jù)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(shè)計。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 整體流程

如圖2，給出了整個系統(tǒng)工作的軟件流程圖。本熱敏打印機的軟件設(shè)計主要是通過RS-232通信模塊接收由主機傳來的數(shù)據(jù)。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，則打印機按照命令動作;如果判斷為字符數(shù)據(jù)，則從字庫中提取字符點陣，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現(xiàn)[3]。本打印機實現(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)傳輸時序。圖3為I/O口實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(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STB[0:5]相連接。當(dāng)數(shù)據(jù)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(jù)實際情況，合理的設(shè)計加熱時間對于實現(xiàn)熱敏打印機的高質(zhì)量打印十分重要。

4.3 步進電機走紙及驅(qū)動

設(shè)計的熱敏打印機內(nèi)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(jīng)過兩個非門，將輸出的2路模擬PWM波形轉(zhuǎn)換為4路，輸入步進電機驅(qū)動器，驅(qū)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(nèi)，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(xù)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(dāng)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(dāng)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(nèi)部用光電繼電器作為傳感器，檢測打印頭是否有紙。當(dāng)熱敏打印頭無紙時，傳感器中的發(fā)光二極管發(fā)出的光束無法經(jīng)由打印紙反射到光敏三極管上，光敏三極管由此而無法導(dǎo)通，經(jīng)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。

4.5 字符庫的構(gòu)造與提取

由于本打印機是應(yīng)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?dāng)?shù)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(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(guī)范，從字庫中取出打印點陣放入緩沖區(qū)，進而加載，并打印。

5 結(jié)束語

本文創(chuàng)新點：為簡化硬件電路，采用軟件移位實現(xiàn)數(shù)據(jù)加載，通過軟件產(chǎn)生步進電機所需的 PWM驅(qū)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(shè)計了自定義的字符庫。

本文使用軟件實現(xiàn)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(shè)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(huán)境，則應(yīng)該引入實時操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對打印機的實時操作。