??? 常見的針式微型打印機(jī)速度慢、噪聲大、打印頭損耗快，無法滿足日常某些場合的應(yīng)用。因此熱敏式微型打印機(jī)以其體積小、打印速度快、噪聲低、可靠性高、字跡清晰等優(yōu)點(diǎn)，獲得了人們應(yīng)用的青睞。熱敏式目前已在銷售點(diǎn)終端系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、電信、餐飲、娛樂、自助查詢、排隊(duì)取號等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。微型熱敏打印機(jī)作為打印設(shè)備，除了需要熱敏打印頭外，還必須與相應(yīng)的控制板配合。由于進(jìn)口原裝控制板價格昂貴，功耗高，且不支持漢字打印。為此以下將詳細(xì)闡述基于EFM32TG222F16的串口微打模塊方案。

　　系統(tǒng)框架

　　基于EFM32TG222的串行微打模塊系統(tǒng)主要包括MCU、字庫芯片、熱敏機(jī)芯(加熱控制、溫度檢測、滾筒檢測、缺紙檢測、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動)、RS232接口電路，共4個部分。

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　　微型打印機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1、微型打印機(jī)機(jī)芯

　　LT2221打印機(jī)芯是一種小型、輕便、帶有一行熱敏單元的行式熱敏打印機(jī)芯。它在POS終端、測量器械、醫(yī)療領(lǐng)域和數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

　　LT2221微型打印機(jī)機(jī)芯特性：體積小和重量輕;方便進(jìn)紙;高速打印(最大打印速度：1200點(diǎn)行/秒);每毫米8點(diǎn)的高清晰打印;打印紙寬58mm;簡單的機(jī)械裝置，打印頭壽命長，高可靠性保證;備有打印頭清理裝置，打印頭維護(hù)簡單;兼容多種打印紙如：普通紙、高靈敏度保存紙、雙色紙等等。

　　2、打印頭加熱電流控制電路

　　打印頭加熱控制電路根據(jù)實(shí)時的需要，由控制器I/O口引腳來控制打印機(jī)的電源，打印時通電;不打印時斷電。一般電路是由主控芯片控制STB及VP電源，如果主控芯片正常工作，則可以保護(hù)打印頭，但如果主控芯片本身被其他因素導(dǎo)致?lián)p壞，就很可能燒壞打印頭。本設(shè)計中，采用了雙重保護(hù)電路，STB信號由主控制芯片EFM32TG222控制，對VP的控制則采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器搭建獨(dú)立于主控器的保護(hù)電路。這種雙重保護(hù)電路大大提高了保護(hù)打印頭的可靠性，起到很好的保護(hù)效果。

　　3、溫度檢測電路

　　LT2221熱敏打印頭內(nèi)置一個熱敏電阻，其阻值隨著溫度變化而變化，溫度越高電阻越小。通過A/D轉(zhuǎn)換器采集熱敏電阻兩端的電壓，查表即可獲得熱敏打印頭的溫度，實(shí)現(xiàn)對熱敏打印頭溫度的檢測，進(jìn)而起到對熱敏頭的過熱保護(hù)作用。EFM32TG222含有1個8通道低功耗350μA、12位1Msps速率的A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)高速采樣，實(shí)時性非常高。

　　4、缺紙檢測電路

　　打印機(jī)打印前，缺紙檢測電路自動檢測紙張有無，出現(xiàn)異常(紙盡)，打印中止，防止缺紙情況下進(jìn)行打印，如果在缺紙的情況下一直打印，會導(dǎo)致熱敏頭損壞。本設(shè)計的LT2221打印頭機(jī)芯內(nèi)缺紙檢測采用的傳感器為反射式光電耦合器。打印機(jī)工作時，如果有紙，打印紙從光電耦合器的表面通過，光電耦合器中發(fā)光二極管發(fā)出的光通過打印紙反射到光敏三極管，使光敏三極管導(dǎo)通，PAPER_SHORT端輸出高電平信號;若無紙，光敏三極管因接收不到光而截止，PAPER_SHORT端輸出低電平信號，當(dāng)控制器確認(rèn)紙盡時，立刻點(diǎn)亮缺紙指示燈，同時停止打印。

　　5、滾筒打開檢測電路

　　LT2221打印機(jī)芯有一個滾筒位置傳感開關(guān)，打印機(jī)和紙張切割器應(yīng)用設(shè)計為無論什么情況下滾筒打開的時候紙張切割器的電源應(yīng)該斷開。打印機(jī)工作時，如果滾筒打開，COVER_OPEN端輸出高電平信號，當(dāng)控制器確認(rèn)滾筒打開時，立刻停止打印;若滾筒閉合，COVER_OPEN端輸出低電平信號。

　　6、驅(qū)動機(jī)芯步進(jìn)電機(jī)

　　LT2221熱敏打印機(jī)芯的進(jìn)紙操作由機(jī)芯內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)完成。LT2221步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路原理圖，原理圖如下圖所示。

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　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖

　　驅(qū)動電路由A3967步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片構(gòu)成，A3967是一種內(nèi)嵌邏輯變換的完全步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片。驅(qū)動電路的接口信號說明如下表所示。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動芯片的STEP端輸入信號的上升沿來臨時，電機(jī)會轉(zhuǎn)動一步。

　　7、字庫芯片驅(qū)動

　　微型打印機(jī)采用字庫芯片GT21L24S1W實(shí)現(xiàn)對字庫數(shù)據(jù)的提取。GT21L24S1W是一款內(nèi)含24*24點(diǎn)陣的漢字芯片，支持GB2312國標(biāo)簡體漢字、ASCII字符。排列格式為橫置橫排。通過字符內(nèi)碼，利用數(shù)據(jù)手冊提供的方法計算出該字符點(diǎn)陣在芯片中的地址，就可從該地址連續(xù)讀出字符點(diǎn)陣信息。

　　字庫芯片GT21L24S1W芯片采用SPI串行總線接口，節(jié)省I/O口;時鐘頻率最大可達(dá)30MHz,可實(shí)現(xiàn)快速點(diǎn)陣數(shù)據(jù)讀取。

　　軟件設(shè)計流程

　　在微型串口熱敏打印機(jī)的控制中，程序按照功能不同，可以劃分為以下5個模塊：

　　數(shù)據(jù)接收模塊：接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)。

　　數(shù)據(jù)處理模塊：從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若是命令字則轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的命令程序;若是可打印字符或漢字則從字庫讀取出其相應(yīng)的打印點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，放入打印緩沖區(qū)。

　　熱敏打印頭過熱保護(hù)模塊：熱敏打印頭溫度過高時，切斷打印頭電源，停止打印，保護(hù)打印頭。

　　檢測模塊：實(shí)時檢測滾筒狀態(tài)以及紙張情況，當(dāng)滾筒打開或者缺紙時，都要切斷電源，停止打印。

　　打印數(shù)據(jù)模塊：完成打印數(shù)據(jù)加載、鎖存，控制打印頭加熱以及驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)走紙。

　　方案優(yōu)勢

　　相對于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的微型打印機(jī)方案，基于EFM32實(shí)現(xiàn)的本方案具有以下優(yōu)勢：

　　超低功耗，在手持產(chǎn)品中優(yōu)勢突出;

　　EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，它具有5種功耗模式，在RTC在運(yùn)行，LEUART、LCD控制器、DMA可運(yùn)行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA,在關(guān)斷模式Em4,功耗電流僅20nA.優(yōu)異的MCU低功耗特性將為延長產(chǎn)品的電池壽命起到極其關(guān)鍵的作用。為了滿足低功耗應(yīng)用場合的需求，EFM32具有完善的低功耗工作機(jī)制和極低功耗的外設(shè)，通過PRS與DMA的結(jié)合，串行口喚醒系統(tǒng)極其方便。

　　EFM32具有低功耗性能優(yōu)異的外設(shè)：片上12bit的ADC在1Msps的速率下，功耗電流僅需350μA;模擬比較器工作僅需100nA;全功能的LEUART,在9600bps的速率下，功耗電流僅需150nA;AES執(zhí)行128/256bit AES加/解密僅需54/75個時鐘周期，可結(jié)合芯片唯一ID對芯片進(jìn)行軟件代碼加密功能。

　　高集成度、高性能，極快的打印處理速度;

　　EFM32是Cortex-M3內(nèi)核，內(nèi)核的指令效率以及代碼密度比傳統(tǒng)的8位單片機(jī)高，尤其是在算法處理方面具有比較大的優(yōu)勢。EFM32具有更快地處理、響應(yīng)外設(shè)事件的能力，它的UART接口最高速率達(dá)8Mbit/s,極強(qiáng)的打印數(shù)據(jù)傳輸能力;便捷的位帶操作，在打印處理復(fù)雜數(shù)據(jù)操作、打印效果時極其有優(yōu)勢。除此外，EFM32片上集成USB接口、LCD/TFT驅(qū)動器、智能卡ISO7816接口、IrDA調(diào)制解調(diào)模塊等資源，豐富的集成外設(shè)為不同的系統(tǒng)應(yīng)用提供多樣性的選擇，例如EFM32單芯片完成手持POS方案、票務(wù)打印機(jī)方案等應(yīng)用。

　　可擴(kuò)展性良好;

　　EFM32的TG、G、GG系列之間具有良好的兼容性，同系列型號的芯片是pin-pin兼容，保證用戶在統(tǒng)一的硬件平臺上，可進(jìn)行不同功能需求的裁剪。Flash資源從最低的4KB~1024KB,RAM資源從2KB~128KB.

　　總結(jié)

　　EFM32內(nèi)核采用運(yùn)算控制性能突出的Cortex-M3設(shè)計，極大地提高了打印機(jī)的打印速度和豐富了可實(shí)現(xiàn)的打印效果，它的UART最高速率達(dá)8Mbit/s,為高速的打印數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)。EFM32具有豐富的外設(shè)，為系統(tǒng)擴(kuò)展功能及降低成本提供了條件。