基于77E58的高速行式热敏打印机控制板的研制

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:基于77E58研制了一种高速行式热敏打印机控制板,打印速度为20行汉字/秒。充分利用行式热敏打印头的双缓冲结构,实现了打印头加热和数据传送同步进行,简化了电路设计,提高了打印速度;对打印头的保护采用一种独立于单片机的双重保护电路,提高了对打印头保护的可靠性。介绍了行式热敏打印的原理、高速热敏打印机控制板的硬件和软件设计。 关键词:热敏打印机 热敏行式打印机 微型打印机 高速 热敏打印机具有噪音低、速度快、可靠性高、打印字符清晰等优点,目前已在POS终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用。热敏打印机根据其热敏元件的排列方式可分为行式热敏(Thermal Line Dot System)和列式热敏(Thermal Serial Dot System)。列式热敏属于早期产品,目前主要应用在一些对打印速度要求不高的场合,国内已有作者在其产品中使用。行式热敏属20世纪90年代技术,其打印速度比列式热敏快得多,目前最快速度已达到220mm/秒。要实现高速热敏打印,除了选取高速热敏打印头外,还必须有相应的控制板与之配合。由于其进口原装控制板价格昂贵,且有的不支持汉字打印,因此受日本精工代理商的委托,开发了一种基于77E58的高速行式热敏打印机控制板,该控制板具有打印速度快、性能稳定等特点,目前已在中国移动、中国联通、中国电信等1000多家营业厅的话费清单打印机中得到应用。 1 行式热敏打印的原理 行式热敏打印头(LTP2342)原理框图如图1所示。在一条长72mm的基体上均匀安装了576个发热元件。打印前将Vp连到打印机电源,要打印的数据在时钟CLK的配合下由DAT端移到移位寄存器。当一个点行576位数据全部移到移位寄存器后,锁存端(LATCH)为低,将移位寄存器的数据锁存到锁存寄存器;然后在数据选通端(DST)产生低电平,此时根据输入的数据是1或0决定发热元件是否发热,从而在热敏纸上产生要打印的点行。行式热敏打印头的控制信号的时序图如图2所示。 2 高速行式热敏打印机的实现方法 要实现行式热敏打印机打印的高速化,在设计时必须考虑如下三方面的内容。 (1)选用高速行式热敏打印头 虽然行式热敏打印比列式的速度快,但不同的行式热敏打印头的打印速度差别相当大,从最慢的20mm/s到最快的220mm/s。速度的快慢主要取决于打印头的工作电压、发热元件的发热效率、走纸电机的性能以及数据传送方式等。因此要实现高速打印,必须选取高速的热敏打印头,如日本精工(SII)的LTP2342(75mm/s)、LTPF347(220mm/s)、日本EPSON的532(150mm/s)等。 (2)选用高速微处理器及快速存储器 热敏打印机控制板的主要功能是接收由主机发来的数据,然后将每一个字符的字形码从内存(ROM)中取出,并按照一定格式放入内存?穴RAM?雪中的打印点行缓冲区,最后将点行缓冲区的内容送到打印头的移位寄存器中,进行加热打印。打印的汉字采用24%26;#215;24点阵,这样对每一个汉字,就要先由该汉字的机内码计算出存放在ROM的地址,再从ROM中读取72次数据,然后计算RAM中的地址,往RAM中写入72次数据。对于如此大量的数据存储及转换,必须采用高速的CPU和存储时间小的ROM及RAM,否则将在数据存储及转换上花费大量时间,从而降低打印速度。 (3)先进的控制模式 从热敏打印头的方面看,控制时序是如下进行的:数据传送→数据锁存→打印头加热→走纸,然后开始下一行的传送和打印。数据锁存是瞬间完成的,它的时间可以忽略不计,故对一般的控制模式,打印头的主要时间分配如表1所示。 表1 一般控制模式 第1行打印 第2行打印 数据传送 打印头加热 走纸 数据传送 打印头加热 走纸 对于行式热敏打印机,为了提高打印速度,都采用双缓冲寄存器。因此必须充分利用这个特点,采用先进的控制模式,如表2所示。先进的控制模式就是在打印头加热时,CPU完成下一行的数据转换及数据传送。 表2 先进的控制模式 第1行打印 第2行打印 数据传送 打印头加热 走纸 打印头加热 走纸   CPU进行第2行数据转换及数据传送   CPU进行第3行数据转换及数据传达   以LTP2342打印头为例比较两种控制模式的打印速度。LTP2342每一点行为576个点。假设数据的传输频率为1MHz,每一点行的加热时间为1ms,走纸电机的驱动频率为1500pps,这样用一般控制模式,打印每一点行的时间为:0.765+1+0.667=2.43ms,打印速度为410点行/秒;用先进的控制模式,打印每一点行的时间为:1+0.667=1.667ms,打印速度为599点行/秒。由此可见,控制模式对打印速度影响很大。 3 硬件设计 本打印机控制板的硬件总体框图如图3所示。整个电路主要由主控电路、走纸电机控制及打印头状态检测电路、打印头保护电路及头温测量电路组成。 3.1 主控电路 主控电路由微处理器、IMP810复位芯片、62256静态存储器、29C040FLASH、XC9536CPLD、Max232串行接口芯片组成。 考虑到价格及采购的便易,本控制板采用Winbond的高速微处理器77E58,77E58的时钟频率为40MHz,每个机器周期为4时钟周期。控制程序、ASCII字符的字型码(24%26;#215;12)以及中国移动、中国联通及中国电信的图标存放在77E58的内部32K字节的FLASH中,32K的62256静态存储器主要作为接收数据缓冲区,512K的29C040存放24%26;#215;24点阵的国标一、二级汉字字库及1~3区的字符。XC9536实现的功能主要有:扩展77E58地址线以访问29C040、并行接口数据的锁存及控制、部分热敏头控制信号的产生等。 图4 走纸电机控制电路 将内存的点行缓冲区的数据输出到打印头的移位寄存器中,可以有不同的方式。一种是用外加74LS166移位寄存器,但这种方法会导致外围电路复杂;第二种可采用DSP控制器本身的串行同步口进行传送。本控制板直接采用单片机的I/O口线,用软件移位的方法,将要打印的字节数据转换为串行数据移到打印头的寄存器中。本控制板采用先进的控制方式,即利用行式热敏打印机的双缓冲寄存器结构,在给打印头加热时,CPU进行数据转换和数据传输。采用40MHz的77E58,传送576个点数据(72字节)的时间小于打印头的加热时间(一般为1ms左右),故这种方法既接口简单又不影响打印速度。 3.2 走纸电机控制电路 LTP2342走纸电机采用的是双极斩波驱动的步进电机,本控制板采用三菱公司的步进电机专用驱动电路M54646来驱动走纸电机,控制电路如图4所示。M54646为恒流斩波驱动的步进电机控制芯片,通过控制VR脚的电压控制供给步进电机的电流。一般来说,供给的电流越大,步进电机的力矩越大,但走纸噪音也越大。在能带动打印纸的情况下,应尽量采用较小的供电电流。通过VR1与VR2的组合,可以给54646提供不同的基准电压VR,从而给走纸电机提供不同的供电电流。 3.3 打印头保护及头温测量电路 对打印头的保护是打印机控制板好坏的重要标志。由于行式热敏打印机对发热元件的加热时间都是毫秒级,如果对发热元件连续加热超过1秒,将会烧坏打印头,因此对打印头的保护必须及时、可靠。 从行式打印机的原理图中可以看出,要使发热元件加热,除寄存器中数据点为高外,还必须将头电压Vp接到供电电源且DST脚为低电平。只要任一条件不满足,就不可能给打印头加热,也就不会烧坏打印头。一般电路都是用单片机控制DST及Vp电源,如果单片机正常工作,则可以保护打印头,但如果单片机本身损坏,就很可能烧坏打印头。本电路采用了双重保护电路,DST由单片机控制,对Vp的控制则采用一种独立于单片机的保护电路。保护电路如图5所示。图中打印头的电源Vp是通过开关管连接到供电电源,对开关管的控制是通过一个可重触发的单稳触发器?穴74HC123?雪进行的。当在触发器的2脚加入一个脉冲时,触发器就会控制开关管导通一定时间,导通时间由C39和R34决定。如果不在导通时间内,再在2脚继续加入触发脉冲,则开关管关断。开始上电时由复位信号加到触发器的3脚,使开关管关断。这样如果单片机损坏,则不可能复位后在2脚产生脉冲信号,开关管也就不可能导通。这种双重保护电路大大提高了保护打印头的可靠性,在本控制板的实际应用中取得了很好的保护效果。 图5 打印头保护及头温测量电路 由于对头温检测的精度要求不是很高,本电路采用软件的方法实现A/D转换。打印头的温度传感器的信号连到TH脚,温度越高,TH电位越高。转换前将TEMP脚置低,转换时将TEMP脚置高,这样就通过电阻R22对电容C13进行充电。单片机每隔一定时间采集一次TE_MPO状态,这样温度越高,比较器输出电位翻转的时间越长,从而采集的数据越大。 4 软件设计 软件的主要功能是接收来自主机通过串口或并口发来的数据,然后判断数据的类型。如果是可打印的字符,则从FLASH中取出各字符的字形码,并进行转换,然后送往打印头的行缓冲区进行打印;如果数据是控制命令,则转到相应控制命令的执行程序。本控制板实现了英文和汉字的混合打印。限于篇幅,程序框图及程序清单省略,感兴趣的读者可与作者联系。 使用77E58微处理器开发的高速行式热敏打印机控制板具有打印速度快、打印头保护功能可靠、性能稳定的优点,已在电信部门的1000多家电信营业厅得到应用,取得较好的社会效益和经济效益。 本打印机采用的是日本精工LTP2342热敏打印头,其打印速度最快为75mm/s,即600点行/秒,按打印24%26;#215;24点阵的汉字字符计算,行间距为4,则打印速度为600/(24+4)=21行/秒。如果要开发速度更快的热敏打印机,就应选用速度更快的热敏打印头,如EPSON532(150mm/s)或日本精工LTPF347(220mm/s),同时也应选择更高性能的微处理器(如Dallas的89C420或32位的微处理器)来进行数据转换及传输。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/11860.html
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