第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计热敏打印机是利用发热元件产生热量，使紧贴在其表面的热敏纸迅速变色，从而在纸上形成相应点阵字符或图形的一种打印机。

相对于针式、笔式打印机，热敏打印机具有结构简单、体积小、重量轻、噪声小、功耗低、印字质量高、价格便宜、运行成本较低及使用可靠等一系列优点。

已越来越广泛地应用于医疗仪器、银行柜员机及POS终端等各种便携式计算机系统和智能化设备中，被认为是最合适的便携式硬拷贝输出设备。

本章以精工（SEIKO）SII生产的一款高速热敏打印机LTPA245为例，介绍一种通用热敏打印机的驱动设计。

8.1 热敏打印机的工作原理8.1.1 热敏打印机结构原理热敏式打印机的关键部件是打印头。

它包含很多微型发热元件，这些发热元件一般采用集成电路工艺和光刻技术，通过物理化学方法在陶瓷基片上加工制成。

为防止发热元件与热敏纸接触时产生的磨损，表面涂了一层类似玻璃的保护膜。

目前的工艺水平已将发热元件的密度做到8点/mm (分辨率达200dpi)、16点/mm，甚至更高。

在印字速度低于100cps时，热敏头寿命可达1亿字符，或记录纸滑行30km的可靠性。

热敏打印机所用的打印纸不是普通纸，而是经特殊处理过的感热记录纸。

这种记录纸是将两种混合成份材料涂复在纸上而成，基层纸上涂有一层几微米厚的白色感热生色层。

在这个感热生色层上涂有无色染料和特殊生色剂。

为使他们能有效地附在纸上，在它们周围的空隙里还填充有粘合剂。

感热生色层一经加热，生色剂立即熔化，并熔进无色染料中，引起化学反应显出颜色，这一过程仅需几个毫秒即可完成。

由于感热记录纸是受热后材料熔融引起化学反应而呈现颜色，如温度过高，新的合成物质被分解，颜色又会消失。

另外，这种物质在光的长时间作用下也会自动分解，所以感热记录纸不能长期保存。

虽然热敏打印机对打印纸有特殊要求，但是这种记录纸价格并不贵，无需像针打那样经常要更换色带。

因此，越来越多的智能化仪器仪表采用热敏打印机作为输出设备。

8.1.2 热敏打印机设计中需要注意的问题为实现高品质的打印，在设计热敏打印机电路和控制时序时必须注意三个问题：1. 常能量控制常能量控制指的是打印头上每一个发热元件发出的热量要相同，且保持一个常量，否则打印出的字符颜色有深有浅，影响打印效果。

发热元件每次发出的热量，除了与发热元件流过的电流的大小和持续时间有关外，还与其本身的余热（如果前次已经通电发热）有关。

它的余热直接影响下一次发热元件传给打印纸的热量，从而影响打印效果。

因此，热敏打印机电路除了要检测环境温度外，还要记录每一个发热元件前一次状态，甚至前几次的通电发热的状态，以决定本次究竟要给出多大热量（可以通过控制通电时间来确定）。

打印速度越快，这个问题就越重要。

2. 大电流脉冲控制由于打印时要同时激励的发热元件可能会很多，如一个分辨率为8点/mm，打印宽度为72mm的打印头，一点行上要排列8×72 = 576个发热元件。

尽管每个发热元件只要几十毫安的电流，但若同时激励这些发热元件，总电流就很可观了，而且这种脉冲式的电流谐波分量极其丰富，会给其它电路带来很大的干扰，甚至使打印电路失控，烧毁打印头发热元件。

150因此，发热元件通电驱动程序要仔细考虑，一般可将每点行分成几段，以几段为一组同时传送，使电流变化比较平稳。

3. 处理时间与CPU速度协调由于打印速度较快，尽管每点行只需要几十个字节的数据，但必须在数毫秒内完成这些数据的接收、处理、输出到打印头、常能量控制等一系列要求，故对CPU的速度就有较高的要求。

8.2 LTPA245热敏打印机LTPA245是精工公司生产的一款高速热敏打印机，采用全新的结构及打印技术，小巧轻便。

分离式的压纸轴设计更便于上纸，加上低电压驱动，可实现两节锂电池供电。

广泛应用于测量分析仪、POS机、通讯设备或数据终端及各种便携式设备上，已成为目前热敏打印机业界的最畅销机型，其外形结构如图8-1所示。

◆分离式压纸轴设计便于上纸◆小巧轻便可应用于手持设备◆优质耐用（打印头可连续打印超过50km）◆准确快速（90mm/秒）◆配有纸源感应器，自动检测上纸情况◆结构合理，便于维护保养LTPA245的技术参数如表8-1所示。

图8-1 LTPA245的外形表8-1 LTPA245的技术参数LTPA245通过一个1mm间距的27针FPC连接器（见图8-1）与驱动器进行连接，连接器各引脚的定义和功能如表8-2所示。

LTPA245采用同步串行通信接口，数据以串行移位的方式从驱动器移入打印机内部的数据锁存器，其工作时序如图8-2所示。

其中，DAT为串行移位数据，CLK为移位时钟，/LATCH 为数据锁存信号，DST为分段加热控制信号。

打印数据以384 bit（12 words）为一行，在CLK作用下，数据从DAT端逐一移入打印机内数据寄存器中。

每一个数据位对应1个加热元151表8-2 FPC连接器各针脚定义图8-2 LTPA245的打印时序152153件，当该位数据为0时，表示不加热，为1时表示加热。

热敏纸被加热的位置变黑，不加热的位置不变色（白）。

当384个bit 全部移入打印机后，驱动器应输出1个/LATCH 锁存信号（负脉冲），将数据送到打印寄存器。

实际打印时，为防止电流过大，打印头温度过高，驱动器应控制DST0～DST5的输出信号，将一行数据分段（本系统分3段）打印。

一行打印结束后，驱动器从A 、/A 、B 、/B 端送出脉冲，控制步进电机带动热敏纸前移一段距离，继续打印下一行。

LTPA245内部带有一个微型、大力矩的精密2相4线步进电机。

电机有A 、B 两组线圈、4个控制端，分别定义为A 、/A 、B 、/B 。

当驱动器按表8-3所示的脉冲序列从控制端给步进电机输入脉冲时，可控制电机匀速转动。

表8-3 步进电机驱动时序8.3 步进电机的驱动LTPA245内部不带步进电机驱动芯片，需外接驱动电路。

本章设计的驱动系统选用FAN8200D 驱动热敏打印机内部的步进电机。

FAN8200/FAN8200D 是美国快捷半导体公司设计生产的低工作电压、低饱和压降单片式步进电机驱动器集成电路，可用于两相步进电机的驱动。

它带有双路H 桥，可分别驱动两个独立的PNP 功率管。

每一个桥都有各自独立的使能引脚，非常适合于需要独立控制的步进电机驱动系统。

FAN8200/FAN8200D 的主要特点有：◆ 具有3.3V 和5V 微处理器(MPU)接口；◆ 内含可驱动双极步进电机的双向H 桥路；◆ 内含垂直PNP 功率晶体管；◆ 可适应宽达2.5V ～7.0V 的电源电压范围；◆ 具有很低的饱和压降（可低达0.4V/0.4A ）；◆ 每一路H 桥均具有独立的使能引脚，并可单独进行使能控制；◆ 具有过流保护功能； 图8-3 FAN8200D 的引脚◆ 具有过热关断（TSD ）功能。

FAN8200/FAN8200D 的上述特性使其可广泛应用于通用低压步进电机驱动系统、磁盘驱动器、PC 照相机和数码相机的步进电机驱动、安全移动控制器、热敏式打印机、运动控制器以及需要两通道直流电机驱动的控制系统，同时还可用于微处理器接口的通用功率驱动器的电机驱动系统。

1. FAN8200/FAN8200D 的引脚功能FAN8200采用14脚DIP-300封装，而FAN8200D 则采用14脚SOP-225封装。

他们的工作温度都是-20～+70℃，其引脚排列如图8-3所示，各引脚的功能见表8-4。

2. FAN8200/FAN8200D 的工作原理FAN8200/FAN8200D 的内部由两路完全相同的控制电路组成。

外部脉冲信号从IN1（或IN2）输入，经片内前级缓冲放大后送入片内控制器，此信号在CE1（或CE2）使能的情况下，表8-4 FAN8200的引脚功能由控制部分进行处理并驱动晶体管，最后从OUT1（或OUT3）脚输出反相的脉冲信号，从OUT2（或OUT4）脚输出同相的脉冲信号，与步进电机的线圈形成回路后控制电机的运行。

器件触发使能端口(CE)的作用是分别对两个通道的输出进行控制，当CE端的输入控制信号为低电平时，无论有无输入控制信号，输出端OUT始终呈现高阻抗状态。

因此，要使FAN8200/FAN8200D控制器的输出端在输入信号的控制下正常工作，器件的触发使能端必须为高电平。

FAN8200/ FAN8200D中CE、IN和输出端OUT之间的逻辑控制关系如表8-5所示，表中的L表示低电平，H表示高电平，×表示无关，Z表示处于高阻态。

表8-5 FAN8200/FAN8200D的逻辑控制关系FAN8200/FAN8200D内部的热关断和偏置电路可用来对整个电路提供过热和过流保护，当负载过大或其它故障导致电路电流增大，从而使器件温度升高到片内温度传感器的设定门限以上时，FAN8200/FAN8200D中的热关断和偏置电路将向片内控制器发出关断控制信号以关断整个电路。

8.4 单片机资源分配本章设计的热敏打印机驱动系统选用STC89C58(PLCC封装)作为控制中心，负责接收上位机通过标准并行通信口传送过来的点阵或字符数据（对程序稍作改动也可接收串口数据），经单片机处理后，控制打印机加热板的加热及步进电机的走纸，从而在热敏纸上打印出上位机需要输出的字符或图形。

单片机I/O口资源的分配如表8-6所示。

154表8-6 单片机I/O口的资源分配（PLCC封闭）1558.5 系统硬件设计本书介绍的通用热敏打印机驱动系统由复位及时钟电路、并行通信模块、打印控制及串行通信模块等三大模块构成。

可接收标准并行通信口发送过来的打印数据，经分析和处理后送LPTA245热敏打印机打印；对程序稍加修改后，也可以接收串行通信口发送过来的打印数据，处理后送热敏打印机打印。

1. 系统复位电路本系统的复位有两种情况：一是系统上电复位；二是标准并口发出的复位信号对系统复位。

系统复位及时钟电路如图8-4所示。

图8-4 系统复位电路本系统的上电复位电路与一般单片机的上电复位电路一样，由于标准并口的RST输出端正常情况输出高电平，经反相器（74HC04）反相后输出低电平，打开或门，所以上电复位的过程与普通单片机系统的上电复位过程一样。

系统上电复位后，正常工作时，由于上电复位电路输出的是低电平，打开了74HC32的或门3。

此时，如果并口输出一个负脉冲（如图8-4所示），则经过反相后，变为正脉冲，由于或门3已经打开，则在或门3的输出端将输出一个正脉冲，如果此脉冲的宽度大于两个机器周期，将对单片机进行复位。

2. 并行通信模块并行通信模块由单片机、六反相器（U6，74HC04）、或门（U5，74HC32）、D触发器（U3，74HC74）、锁存器(U2，74HC374)及标准并口等组成。