热敏打印机设计解决方案Develop plan of thermal printerAuthor：ShangHai C&W 瞿江洪第一篇综述摘要：介绍热敏打印机的工作原理，组成结构。

论述驱动板的硬件和软件的组成，介绍设计过程中注意事项，并提出解决的方案。

关键词：热敏打印机、二相八拍、步进电机、模块化、任务调度、实时处理引言：热敏打印机是一种常规的票据打印设备，它具有体积小、重量轻、打印点密集清晰以及低噪声的特点。

热敏打印机广泛用于实验室、售卖设备等领域。

热敏打印机是集软硬件于一体的嵌入式实时处理系统。

热敏打印机系统架构热敏打印机由硬件平台和驱动软件两部分构成。

按照功能性的组成分为以下几个功能单元：步进电机、打印点数据通讯、发热单元控制、传感器信号单元、钱箱控制、通讯接口、键盘、指示灯组、字库、非易失性数据单元、可操作的外部扩展数据空间、复位电路，供电回路、外部震荡、核心处理单元等。

设计依据GB/T 15425-2002 UCC/EAN—128 bar code EAN.UCC系统 128条码GB/T 12904-2003 商品条码IEEE 1284-1995 计算机并口术语、定义和缩略语第二篇总体性能产品性能概况1）工作频率：24Mhz2）工作电压：DC9~12V / 2000mA3）静态耗流：<50mA4）打印纸宽：57.5±0.5mm5) 有效打印宽度：48mm6) 打印速度：50mm/s7) 走纸速度：70mm/s8) 可靠性：100万行9）打印纸规格：TF50KS-E、AF50KS-E、F5041C 纸宽：57.5±0.5mm外径：Ф50mm内径：Ф13mm纸厚：60~70μm,53~60g/m2接口性能1）电源接口：PSII-LPS接口2）25pin 标准并口 / 串口通讯接口3）14pin JTAG接口4）RJ11-6pin 接口5）26pin 打印机芯转接口6）1*2键盘和双LED指示灯显示接口环境性能Normal operation:-00°C to +50°CNormal operation humidity: 20~85%Storage temperature -20°C to +60°CStorage humidity: 5~95%Weight: circa 1.0 KGSize: 143.8(W)× 96.5(D) × 1.6(H) mm主要应用方向和工作流程微型热敏打印机作为一种常规的票据打印设备，广泛应用于售卖系统、试验室以及非存根型单据系统中。

第三篇硬件总体硬件总体架构TPM100的总体和应用架构如下图示：硬件总体框架图TPM100硬件总体方案为μpsd32** + cs51414 + l6219r + x4043 + lm393 + max202 + 25p80 + sn74ahc1 23 + sn74ahc74 + sn74ahc001g + sn74ahc05pw + lm7806 + sn74hc573。

TPM100硬件由通讯、电源、微控制器、功率电路、打印数据管理、字库管理以及键盘和指示灯等几部分构成。

电源电源部分提供了3组不同电平的输出：7.4V、5V、3.3V。

输入电源为9~12V。

7.4V作为功率部分的供电电源；5V 作为逻辑部分的主电源；而3.3V则作为外扩字库的供电电源。

通讯TPM100可支持标准并口和RS-232串口通讯方式，在出厂时就需要进行相关设置，确定通讯方式。

通讯部分作为与外部的信息交互单元由硬件电路通讯电路和通讯缓冲两个部分构成。

标准并口：数据总线宽度8bits，控制总线4bits ，占用一个外部中断源。

电路由MCU、sn74ahc74、sn74ahc05 pw、sn74hc573、sn74ahc001g构成。

RS-232串口：由两根数据线TXD、RXD，两根应答线DTR、DSR组成，占用一个UART中断源。

电路由max202和M CU的通用端口和串口构成。

通讯缓冲：采用MCU自带的SRAM空间。

通讯方式的选择：用一个跳帽选择对应的通讯方式。

功率电路TPM100的功率电路有两个部分，即发热单元和步进电机。

它们都采用7.4V的供电电源。

发热单元：其功率控制部分由热敏打印头内部集成，在TPM100设计过程中仅仅需要给打印头提供7.4V电源和相关的逻辑控制线。

为了保护发热单元不受到损坏，设计过程中需要考虑硬件保护的问题，硬件保护电路由sn74a hc123和mcu的一个通用i/o构成。

步进电机：通过步进电机驱动芯片将逻辑信号转换成功率信号驱动步进电机。

电路由l6219r和mcu的6个通用i /o组成，送出一组2相8拍的功率信号。

打印数据管理打印数据管理分为两个部分：打印数据缓冲管理和打印数据的发送。

打印数据缓冲管理：在MCU自带的SRAM空间开辟一个空间作为打印缓冲。

打印数据的发送：占用MCU三个通用i/o，模拟串口发送数据致打印头。

字库管理TPM100的字库包括三个部分：标准汉字字库、内部西文字库（产家设定的西文字库）和自定义字库。

标准汉字字库采用spi外扩方式存放在外部flash memory 25p80中，采用3.3V供电。

内部字库存放在程序空间。

自定义字库存放在MCU自带的SRAM空间，可自定义数量为96个（12*24点阵）。

键盘和指示灯支持两个按键和一个可控制指示灯以及一个电源指示灯（5v），按键占用一个外部中断源和一个通用i/o，可控制指示灯占用一个通用i/o。

指示灯状态及说明：序号指示灯状态说明1亮在线2灭离线3闪烁告警按键说明：键盘由[SEL]在线控制按键和[LF]走纸按键构成，在线方式下，按下[SEL]进入离线方式，在这个状态下，TPM100不接受下传数据，按下[LF]可走纸，松开即停止。

再按[SEL]可恢复在线方式。

按住[SEL]，然后接通电源，可进入自检模式。

微控制器TPM100采用μpsd32**作为微控制器，协调各个功能单元的工作。

硬件单元功能描述及接口要求通讯部分通讯部分由串口通讯和并口通讯构成（注：两种通讯方式不能共存并由出产设置决定采用定制通讯方式）。

TPM100的串口通讯部分采用RS232IE标准串口电器规范，共一组数据线（RXD/TXD），一组应答线(DSR/DTR)；TPM100的并口通讯部分采用兼容pacsz1284并口通讯规范，数据宽度8bits，控制总线宽度4bits。

外接部分外接部分由键盘和LED指示灯两部分构成；键盘有两个按键：SEL和LF按键。

SEL为在线控制线，LF为走纸键。

LED指示灯一为电源指示灯，一为状态指示灯。

打印机芯控制部分打印机芯控制分为三个部分：步进电机控制、发热单元控制以及传感器信号的处理。

当前采用打印机芯内置步进电机是一个两相八拍的电机，对应的在设计过程中也需要采用两相八拍的电机驱动芯片，根据电机性能设定输出电流不超过350mA。

步进电机控制芯片控制信号说明：字库管理部分打印机的字库由西文字库和标准汉字字库组成。

西文字库分为两块：打印机默认的西文字库和开放给用户的用户自定义字库空间，用户可以通过指令定义自己需要的西文字符。

汉字字库作为标准字库，不允许做修改，字库存放在25p80的flash memory中，通过标准SPI接口进行数据交互。

电源管理系统需要三组电源：3.3V/5V/7.4V，其中，3.3V为字库供电电源；5V为逻辑电路供电电源；7.4V为功率电路供电电源。

主要器件的原理和性能指标略连接器PIN脚定义硬件测试点设计调试用测试点TPM100在设计中需要留出方便实验室软、硬件调试和测试的测试点。

包括串并口、JTAG以及一些重要的时钟线和控制线。

生产测试点模块在生产线进行生产测试时，夹具上的探针通常会连到电源、串并口、按键、SPI/I2C接口，复位信号等等。

这些测试点在设计的初期就要考虑留出，既要考虑测试的方便又要考虑测试点位置对外观、贴标识等的影响，并且测试点的位置要固定不变。

应用所需测试点基本上，TPM100不会对客户直接开放，所有的维修和应用设计都将在公司完成，所以，应用测试点在此不作考虑。

软件设计计划项目软件设计的需求分析热敏打印机需要支持以下功能：●支持通用指令集●支持标准并口或RS-232串口（只能选择其一）●支持富士通384点宽打印头●支持条码CODE128国标打印●支持西文12*24点阵打印●支持中文GB2312 24点阵打印●支持自动换行打印●支持自检功能●支持中、西文混合打印<串并口的pin脚定义请参照硬件篇〉软件系统的驱动开发略调试和测试接口的设计软件开发的风险分析<要求：合理分析和预测由于平台原因在软件开发中可能发生的会影响整个项目计划的问题，以提前规避或准备解决方案>这个项目的最大问题也是我们一直知道而没有解决的问题，目前对富士通的这款打印机芯的技术材料是残缺的，尤其是控制方面的说明，几乎是没有，所以，所有的控制方式和相关的保护都需要我们通过试验的方式去获得，这样将造成两个问题：一是开发周期不可限定；二也是最严重的，可能导致系统无法稳定工作或者系统无法工作在最佳状态。

项目的主体架构沿用微型针式打印机的软件架构，所有这个方面的问题不大。

软件开发需要着重关注两个问题：可靠性设计和可测试性设计。

可靠性设计热敏打印机是一个实时的多任务系统，它要求任务即时处理，同时某些任务之间又有固定的逻辑或者先后关系。

热敏打印机的以下任务是不允许同时进行的，否则将会发生危险。

可测试性设计为了便于测试并寻找bug ，在软件的设计过程中采用模块化设计，并对一些关键设备开放专用的测试接口。

在任务管理中建立完整的任务状态以及缓冲状态标志管理制度，并建立相应得测试接口，便于在任何时候观测任务或者缓冲的工作状态。

第五篇结构和工艺结构设计结构的可靠性设计系统采用单向插入连接器，避免由于连接器接入方向错误导致的危险。

热设计散热片与机壳的保护钢板连接，增加散热面积。

整机的外观颜色TPM100的PCB为绿色、j8连接器为乳白色、其余连接器为黑色。

整机的外观造型TPM100为一款依照目前常规热敏打印机外壳设计的模块，模块上留有6个定位孔（圆孔Ф6mm），方便用户固定模块。

整机的外形尺寸（长X宽X高）；143.8(W)× 96.5(D) × 1.6(H) mm可附机械尺寸图（略）；整机的结构形式屏蔽框连接方式连接器共有三个对外连接器接口：DB25通讯接口、12v电源接口以及RJ11钱箱接口。

通讯连接器是一个25pin的DB直插卧式连接器，TPM100用的是母座，电缆端用的是公头。

连接器结构图如下：12v电源用的是一个3pin仿PSII直插卧式连接器，TPM100用的是母座，电缆端用的是公头。