微型打印（精选7篇）
微型打印 篇1
摘要：微型针式打印相比热敏打印具有打印票据存储时间长、多层拷贝能力强、经济耐用等特点, 带有微型针式打印的POS机、税控收款机等设备也越来越多。但针式打印存在一个最大的缺点就是打印时噪音过大。本设计通过改进打印时产生噪音的源头设计, 有效的降低了打印噪音。
关键词：微型针式打印,降噪,POS机,税控机,金税工程
1 引言
随着金融、税务、交通、移动、石化、教育、电力、邮政、铁路、民航、交通、医疗等窗口行业信息化建设的深入, 针式打印机仍旧以其经济耐用、成本低廉、多层拷贝能力强、打印票据存储时间长等优点捍卫了在特定行业外设应用市场中不可替代的主角地位。
针式打印类型中的微型针式打印是近年来发展起来的一个细小而特别的打印机种类, 具有处理票据较窄, 整机体积小, 操作电压较低的特点。微型针式打印市场需求日渐扩大, 应用越来越广泛。特别是“金税工程”的不断推进, 带有微型针式打印功能的POS机、税控收款机等设备越来越多。微型针打机芯一般针数为4~9针, 如ESPON的MU-110系列机芯, CITIZEN的DP-330系列机芯, BIXILON的SMP130和SMP136机芯。
微型针式打印虽然针数较少, 但同样存在相比热敏式打印噪音过大的问题。
2 微型针打噪音来源
微型针式打印机是一个机电一体化系统。它由两大部分组成:机械部分和电气控制部分。机械部分主要完成打印头横向左右移动、打印头出针、打印纸纵向移动以及打印色带循环移动等任务;电气控制部分主要完成从系统接收传送来的打印数据和控制信息, 将系统传送来的ASCⅡ码形式的数据转换成打印数据, 控制打印针动作, 并按照打印格式的要求控制字车步进电机和输纸步进电机动作, 对打印机的工作状态进行实时检测等。打印噪声都来源于机械部分, 而机械部分噪声产生的源头最主要集中在打印头出针和打印头移动、换向: (1) 打印头出针时, 打印针降高速运动并撞击打印板, 对于现有常用的微型针打机芯, 在一个周期内, 将所有针出完, 几个针需要同时出, 几个针同时撞击到档板, 产生较大的噪声。这部分也是打印最主要噪声来源。 (2) 打印头移动、换向时, 打印头移动马达摩擦、齿轮换向以及轻微晃动产生的噪声。
3 微型针打噪音改进方案
微型针式打印常用的降噪方案主要有在产品机构上增加吸音材料, 在针打机芯上增加润滑油, 产品机构上增加机芯防抖等措施。这些降噪方案通过阻断打印声响的传播路径来达到降噪目的, 降噪效果有限。要更有效的降低打印噪音还是要从噪声产生的源头上想办法, 特别是要降低打印针撞击打印板的这噪音源。
为此, 本设计在打印头出针部分进行了两部分改进: (1) 减少每根针撞击打印板的面积。在不降低打印效果的情况下, 把打印针头部直径由0.3mm改为0.25mm; (2) 将打印针瞬时同时出针, 调整为依次间隔出针, 将噪声能量在一个相位切换过程中, 平均分配, 从而在感官上降低打印头工作噪声。
对于第一部分的改进, 只需改进针头, 不做详细说明。第二部改进涉及微型针式打印的整个控制流程。以通用的9针的打印头机芯为例说明具体实现过程即:打印头移动马达每走1/8步出一针, 在一个周期内将8根针出完, 在一个周期, 加上1/4周期完成出针和收针, 这样, 避免了两根以上的针同时撞击打印板, 降低由出针撞击档板引起的噪声。为实现此方案, 包括打印头机械部分、驱动电路、电气控制流程的改进。
3.1 机械部分
机械部分的改动主要是调整打印头上的出针导向板。现有导向板上各针出口成竖值排列, 改进后的导向板各针出口彼此错开, 如图1所示。此修改, 主要为控制打印头移动电机每走1/8步后各针仍能打印在同一点列上。水平从左到右, 依次为针4、6、2、8、1、3、7和5, 彼此之间, 相差1/8打印周期打印头所走的间距, 打印时, 打印头一般是从右向左移动, 则可以认为打印针4是最前端的打印针, 打印针5为最后端的打印针, 当然, 如果打印头由左至右的打印, 则与之相反。
3.2 驱动电路部分
出针控制为节省系统资源可以采用LCX373扩展芯片来实现, 复用8位数据总线, 如图2所示。现有的设计出针宽度通过Fire time信号控制LCX373芯片的OE管脚实现。降噪改进方案各针控制信号要单独控制, 出针和收针都由软件来控制, 从而控制出针时间。
为防止软件跑飞等异常情况下, 引起某根针持续为高电平, 烧毁打印线圈, 需要给每根针单独设计保护电路, 如图3所示。出针时##1端口用强电流输出方式置高:电容瞬间“短路”, 电阻足够高的压降保证绝缘栅型MOSFET管彻底导通, 打印针出针;随着电容的缓慢充电, 电容压降逐渐增加, 电阻压降逐渐降低, 从MOSFET管导通开始到门极控制电压降低到一定程度即MOSFET管截止时间, 此出针时间略长, 保证足够的出针时间;
收针时##1端口用强电流灌入方式置低:储存于电容的电量通过电阻、系统内阻进行放电, 经过短暂补偿时间, MOSFET管截止, 完成收针;随着电容的缓慢充电, 电阻压降逐渐降低;从端口拉低开始到电阻电压降低到一定程度即MOSFET管截止时间, 接近电容充电时间, 保证打印头足够的收针时间;
如果端口始终为高, 到达电容充电时间后, MOSFET管自动截止, 避免打印头出针时间过长。
3.3 电气控制部分
为配合打印头和驱动电路的修改, 电气控制时序需要做相应的调整, 时序如图4所示。一个点的打印周期由原来的900微秒更改为880微秒, 并将其细分为8个时刻, 每根针间隔出针周期为110微秒。出针和收针都由软件来控制, 在出针周期内, 都要保证Fire_Time信号持续有效。一个针的打印周期为330微秒。
4 降噪改进效果测试
使用上述的改进后的针式打印机与现有技术的针式打印机作打印对比噪音测试, 情况如下:
将噪声仪放在水平和垂直两个位置, 现有技术的打印机和本发明的打印机均距离噪声仪约1m, 打印内容为10行2×1的“国”字。
测试数据如表1 (噪声仪档位:H/F/A, 环境噪声54.8d B) :
从表1, 可以得到, 改进后的打印噪音明显要小于现有技术的针式打印机的打印噪音。
另外, 通过检测两者的打印时间和驱动电流, 得到的数据如表2:
从表2可以得到, 本发明的针式打印机的打印周期小于现有技术的打印周期, 打印速度快;驱动打印针出动的电流峰值小于现有技术的电流峰值, 可以提高打印的安全性, 同时可以延长本发明的针式打印机的使用寿命。
5 结语
以上微型针式打印降噪方案通过分析针式打印产生噪音的原理, 在针式打印产生噪音的源头上进行技术革新, 在不影响打印速度、打印性能的情况下, 大大降低了打印噪音。本方案在实际应用中已得到了验证, 大大带有微型针式打印功能产品的客户体验。
参考文献
[1]SAMSUNG MINI PRINTER, SPECIFICATIONS FOR MINI PRINTER SMP136, Rev C, 2007.
[2]GB/T 26242-2010, 信息技术九针点阵式打印机芯通用规范, 2010.
[3]GB/T 18240.5-2005, 税控收款机第5部分:税控打印机规范, 2005.
微型打印 篇2
关键词：微型针式打印头；东芯SEP3203；定位；驱动电路
中图分类号：TP368文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)12-21645-02
A Design Method for Micro-dot-printer Based on SEP3203
REN Yi, GONG Xiang-yu
(Southeast university ASIC Center,Nanjing 210096,China)
Abstract:In this paper,the author show a design method that how to drive micro-dot-printer SAMSUNG SMP150 base on the micro-processor SEP3203 .It elaborates the drive circuit of print needle and black detection circuit. And on the foundation of this hardware design, it introduces the print schedule and the software method of paper orientation of SAMSUNG SMP150 which using ARM7 drive.
Key words:micro-dot-printer; SEP3203; orientation; drive circuit
1 引言
微型針式打模块由于体积小，重量轻，性价比高以及可以直接编程驱动打印针等优点，近年来在嵌入式系统中作为输出设备得到了广泛的应用。但由于针式打印模块控制信号较多，驱动时序复杂，目前市场上大部份使用到针式打印机的嵌入式设备，如税控机、智能交易终端等都会单独使用一片单片机和CPLD控制针式打印模块。这极大的增加了系统成本，给系统开发者提高了编程难度。本文以SAMSUNG SMP150微型针式打印模块为例，详细介绍了在以ARM7TDMI为内核的东芯SEP3203主处理器上驱动SMP150的软件实现以及相关的硬件驱动电路。
2 SAMSUNG SMP150简介
针式打印模块是利用机械和电路驱动原理，使打印针撞击色带和打印介质，进而打印出点阵，再由点阵组成字符或图形来完成打印任务的。SAMSUNG公司SMP150是连续打击式双向9针点阵打印机。其硬件结构主要包括一个纵向供纸电机和一个横向打印头托架电机；以及两个用于纸张检测定位的光传感器。当传感器侦测到打印纸张进如供纸电机，移动供纸电机，根据纸张的黑标区域进行定位。而后打印头托架电机横向移动，同时按照时序驱动打印针，从而实现字符于图标的打印。
3 硬件设计
在本例当中，主控制芯片采用东芯SEP3203，通常在以ARM7为内核的嵌入式设备当中，会使用一片FLASH作为存储器存放系统代码及相关资源。所以为节省成本，可以将打印字库存其中。SMP150对外共有30个接口，其中有18个输入控制引脚，主要用于对两个电机及打印针的控制。两个传感器输出信号，其中纸传感器的输出端口输出三态，用于表示有纸、无纸及黑标三个状态；剩余10个接口输入工作电压及接地。由于东芯SEP3203处理器芯片I/O口输出电压为3.3V，为了使I/O口电压与SMP150相匹配，同时提高驱动能力；处理器芯片I/O口与SMP150的输入输出口间使用74LS04或74LS05相连结。
由于SMP150打印模块的工作电压为24V，对于容易损坏的打印头电路设计应当特别注意对其的保护，只有在打印出针时才使打印针的才产生一个约340毫秒的高电平脉冲信号，其余时候置低，否则会缩短打印头的寿命。具体电路如图1。
由图可以看出，由于点8点10相接，使得在Head_Tigger电平没有变化时，三级管Q2始终处于截至状态；打印针输入口HEAD_SOL不受HEAD_PULSE控制置，电平置低。当Head_Tigger电平由高变低的瞬间，由于电容C3的存在，倒向器点9的变化要比点8产生一段延时，从而使得Q2在瞬间开启。此刻HEAD_SOL的电平由HEAD_SOL输入电压决定。这样，通过调整C3的容值，可以得到如下的时序(图2)：
图1 SMP150打印针驱动保护电路
图2 打印驱动时序
纸传感器在SMP150上使用一个I/O端口输出三态：当打印模块没有纸时，此I/O口电平为低；当纸传感器侦测到纸时，I/O口输出高电平5V；当纸张随进纸马达转动到黑标区域时，I/O口输出电平约1.2V左右。所以在该部分硬件设计上使用LM358作为比较器，将SMP150的此输出口扩展为两个，主处理器可以由此可以判断出三种状态。
图3中，PE_OUT作为纸传感信号输出，PAGE_BL被扩展为黑标信号输出；无纸时PE_OUT输出5V，将三级管Q1开启，此时PAGE_BL始终被拉低。有纸时，由于PE_OUT输出低电平，Q1被截至；而当纸传感器侦测到纸张的黑标区域时，调整R6阻值，使PE_OUT输出的1.2V电压被R6分压，低于Q1开启电压。这样在有纸状态下；通过调整R2和R3的阻值，给LM358一个基准电压，PE_OUT的翻转会得输出信号PAGE_BL，由此确定纸张的位置；真值表如表1所示。
图3 黑标定位电路
表1纸张定位真值表
4 软件设计
在实际打印过程中，如何选择的打印位置，精确定位是一个难点。对于SMP150打印模块，一般选用的纸张幅宽为76.2±0.5mm，长度为101.5mm左右。对于横向的托架电机由起始原点移动到纸张尾部，需要走180步；而对于纵向进纸电机，其步长为0.176mm,需要走约576步。为了精确定位，可以横向与纵向的步数建立一个坐标系。
图4 打印软件时序
SMP150打印模块的横向托架电机起始点有一个原位传感器，当托架电机处于原点位置时，该传感器输出低电平；当电机移动离开原点位置，传感器电平变高。将托架电机的原点处作为打印纸张横向坐标的零点。在确定纸张的纵向坐标时，对于第一张打印纸，可以通过纸传感器信号检测有纸无纸，从而找到纸张边缘，将此处作为纵向坐标的零点。
对于连续纸张的打印，就无法使用上述方法确定纵向坐标的原点；如果使用从一张纸的零点开始，进纸电机走固定步数来确定下一张打印纸的零点，这样必然会产生累计误差。所以在推荐使用黑标定位；只有在某些无黑标的打印纸上或是纸面状况复杂的清况下才会使用第一种方法。但在在实际使用当中，纸面状况往往很复杂；黑标区域内有些点因为黑度不够而未能被黑标传感器检测出来，而非黑标区域内的一些图案或汉字因为颜色过深而被误认为黑标点。所以，在软件设计当中，最好能够将两种方法结合用以确定打印坐标。
SMP150的打印是另一个难点，它的大致工作原理:横向移动的托架电机上有一个打印座，上面等距排有8根打印针A到F。当打印时，打印座从左向右移动，有驱动控制的打印针就迅速击打色带从而在打印纸上打印出一个点。由于字符或图形都是由点阵组成，故让字符或图形的点阵数据按一定规律去驱动相应的打印针，就可以让8个打印针配合打印出想打的字符或图形。下文将以16x16汉字为例说明具体的打印流程。
国标字库的点阵是横向排列的，以汉字“国”为例，对应的点阵字库{0x0000，0xFC7F，0x0440，0xF45F，0x0441，0x0441，0x0441，0xE44F，0x4441，0x2441，0x2441，0xF45F，0x0440，0x0440，0xFC7F，0x0440 }其中位为1的代表黑点。
在实际的打印过程中，SMP150首先将一行汉字点阵中的奇数行打印出来，然后进纸电机进纸一步，然后打印点阵的偶数行。所以在一行打印前需要将字库点阵重新排列，放入打印缓冲区。例如，要在坐标点（0x20 ，0x20）出打印“国”字；当横向托架电机位移到该点时，电机每走一步需要完成两个点的打印。在第一个时钟周期打印针A～F的值为{0，0，0，0，0，0，0，0}，这是点阵的第一列的奇数行；在第二个时钟周期A～F的值为{0，1，1，1，1，1，1，1}。当托架电机走完8步，到达坐标（0x28，0x20）时，完成对汉字“国”奇数行的打印。而后电机位移到（0x21，x20）进行偶数行打印。
5 结束语
本文主要介绍了基于用东芯SEP3203驱动SAMSUNG公司的微型针式打印头SMP 150的硬件驱动电路和软件驱计方法，同时重点阐述打印针头驱动和纸张定位。本文所述的软硬件设计方法在实际运用中取得了较好的打印效果。使用ARM7微处理器直接驱动打印头，其优点是显而易见的:它不但可以不拘于并行接口或者串行接口的打印接口协议而根据实际系统需要灵活设计软硬件，而且最重要的是它大大降低了产品的硬件设计成本，降低系统开发者编程难度。
参考文献：
[1]SAMSUNG公司.smp150_specification_20040924[S].
[2]杜春雷.ARM 体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2003.
[3](美)Andrew N.Sloss.沈建華,译.ARM嵌入式系统开发:软件设计与优化[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
微型打印 篇3
网上订餐基本上是通过使用电脑或手机等可上网设备实现的, 餐馆在网上提供了直观的网页, 订餐的人通过网页可快速完成点餐, 因此, 网上订餐是相当方便快捷的, 但对于餐馆来说, 如何快速简单的处理订单, 却是一个大问题, 以往, 餐馆需要准备一台电脑和一台打印机, 但由于电脑的环境适应性较差, 难以用在油烟较多、湿气较重的厨房, 而且电脑还需要专门人员维护, 因而无法帮助餐馆实现经济实用而又稳定可靠的订单处理。
无线微型打印终端就是为了解决这些诸多弊端而进行研发的, 该产品采用GSM模块, 结合热敏打印模块, 相当于集成了电脑和打印机, 该产品体积小, 并且是通过GPRS网络读取订单, 无需连接网线, 因此餐馆可以任意移动摆放该产品, 并可用于厨房, 由厨师直接处理票据, 而且本产品还设计了一种简单的订单处理流程, 因而可以提升餐馆处理订单的速度, 并且使用简单快捷, 适用性强。
1 总体设计思路
网络订餐系统主要由两部分组成:订餐下单和订单处理;首先是由用户使用电脑或手机打开餐馆的网站, 并在网站上选择需要的餐类, 当用户确认选择后并用网银或其他支付方式支付费用后, 即完成了订餐下单, 此时, 该订单即被存储在网络服务器的数据库中, 当餐馆开启无线微型打印终端机后, 该终端机自动通过GPRS网络, 使用http协议与网络服务器通信, 网络服务器查询数据库后, 把订单内容发送给终端机, 该终端机按一定的票据格式打印出订单内容, 并播放音乐提示餐馆人员确认, 餐馆人员查看订单内容后, 如无问题, 则按终端机上的确认键确认, 但如若餐馆无法实现客户的要求或其他原因, 则餐馆人员需要按终端机上的取消键, 并选择预先设置的取消理由, 比如“缺货”, 该终端机将把这些信息发送给服务器, 服务器收到后即时显示这些信息给订餐用户。
整个操作流程中, 餐馆人员只需确认票据信息, 并简单按键即可完成订单处理, 因此操作简单快捷, 不占用太多餐馆人员的时间, 即使是忙碌的厨师都可以处理。
2 硬件设计
无线微型打印终端主要包括GSM模块、LCD显示、热敏打印、键盘等部分。
2.1 GSM模块
G S M模块采用的是S I M C O M的SIM840W模块, 该模块集成了GSM标准功能, 包括拨打/接听电话、短信收发和GPRS网络通信等功能, 更重要的一点是, SIM840W模块提供了SDK, 允许二次开发, 其独创的EAT接口, 使开发人员可以像使用单片机一样开发该模块。
使用SIM840W模块可以免去开发人员外接单片机, 其自带的丰富资源又是单片机无法比拟的, SIM840W是由一颗32位、频率为104MHz的ARM芯片, 以及2.5兆字节的程序空间和2兆多字节的内存组成的, 开发人员可以定义简单几个程序线程, 使程序开发像单片机一样简单, 而EAT接口又使开发人员可以直接用某个函数发送标准的AT指令, 因而丰富了模块功能。
2.2 LCD显示
本终端的显示采用点阵液晶驱动芯片ST7565实现, 该芯片最大支持132*65点的LCD显示 (本终端只用到其中的128*64点) , 具有并行和串行两种接口[1], 出于节省I/O口的考虑, 我们采用串行接口, 但为了提高串行驱动速度, 我们用SIM840W的SPI口来驱动ST7565芯片。
2.3 热敏打印模块
票据的打印是由热敏头对热敏纸加热, 并由马达驱动走纸完成的, 其原理类似lcd的显示, 热敏头的加热点数为384, 也就是一行最多可以加热384个点, 打印时, 把要打印的内容所对应的点的位置设置为加热状态, 当加热到一定时间后, 即控制马达转动走纸, 马达使用恒定电流断路器的方式进纸, 马达驱动信号的每两步之间的精度为0.0625mm, (相当于一个点的精度) , 在打印过程中应当根据实际的工作条件例如电压、温度、实际打印点数等参数来调整马达的驱动频率。
2.4 键盘
由于GSM模块自带有键盘扫描的GPIO口, 因此对应键盘的设计就非常简单, 我们采用的是井字型扫描方式, 当有按键按下时, 在程序中, 将会收到按键事件通知, 调用API函数即可读到按键的物理键值。
3 软件设计
软件的开发是在SIM840W上进行的, 该模块提供了EMBEDDED AT (简称EAT) 接口, 主要用于客户对SIM840W进行二次开发, SIMCom提供相关的API函数, 资源及运行环境, 客户app程序运行在SIM840W内部。这样可以不再需要外部MCU, 节省成本。EAT主要功能包括标准的AT命令, 如TCPIP连接功能, 打电话功能以及发短信等相关功能。所提供的API包括事件获取API, 文件系统操作, timer的控制, 周围设备的API, 及一些常用的系统API等。
我们的软件设计就是根据EAT的特性进行设计的, 主要包括主程序, 功能模块程序和驱动部分。
3.1 主程序
EAT平台提供多线程功能, 目前支持1个主线程和最多8个子线程, 主线程用于和系统通信, 如接收系统事件, 本终端的主程序正是在主线程上运行的。
(1) 主程序main.c中对应的结构体
(2) 具体说明
app_main为主程序, 负责接收系统 (core) 的消息, 并调度运行各个功能模块, 优先级最高, 相比其他8个线程, 启动时间最早。Eat Entry_st中的值不是0x FFFFFFFF, 则该入口会被调用, 同时系统分配相关的信息。App_user1, app_user2…app_user8是用户可使用的其他8个线程, 优先级依次降低, 即app_main>app_user1>...>app_user8。
3.2 功能模块
程序中的各个独立功能都是以模块的方式封装的, 并由主程序调度, 主程序根据信号的传递调用相应的模块, 比如, 根据某个定时信号调用响应该信号的功能模块运行。每个功能模块都必须响应启动信号和停止信号, 当程序调用afsh Load Handler并带有模块函数名称后, 即启动了该功能模块。功能模块的生命周期是从启动信号开始, 到结束信号前。在该终端的各个功能模块中, 最重要的两个功能模块是:后台订单接收模块和订单处理模块;
(1) 订单接收模块
该模块启动一个定时器, 在设定的时间到来时, 开始连接网络服务器, 并查询是否有订单, 如果没有订单, 则等到下一个定时时间到来时再重复查询, 如果查询到服务器有订单, 则读取订单, 并以信号方式把订单发送给订单处理模块处理;
(2) 订单处理模块
当有订单信号发送时, 该模块即被调用, 该模块调用后, 开始解析订单格式, 并按一定格式打印, 然后响铃并等待用户确认, 用户根据打印的票据决定是否接收该订单, 在用户按确认或拒绝等相关操作后, 该模块将把相应信息发送给服务器, 信息中带有该订单的编码, 因此服务器可以确认是哪条订单被处理了。
3.3 驱动
本终端采用代码分层的设计, 把与硬件相关部分的代码与上层应用分开, 硬件相关代码即为驱动部分, 属于代码中的底层部分;驱动包括Lcd驱动、打印驱动、按键驱动、音频驱动和IO口控制驱动等部分, 驱动部分为上层提供了一些标准接口函数, 方便上层调用, 使上层代码不需要关心底层的控制, 因此也方便了外围硬件的更换, 比如, 更换外壳导致按键有所变化时, 只要修改驱动代码即可, 上层不需做任何修改。所有驱动函数名统一以“Drv_”作为前缀, 如打印驱动函数有开启打印控制Drv_Prn Open, 关闭打印控制Drv_Prn Close等。
结语
随着网络应用的更加普及, 配合网络应用的终端产品也将不断的涌现, 本终端是配合网络订餐应用的产品, 方便餐馆处理网络订餐, 本终端也可以在不修改硬件的前提下, 对软件功能模块进行修改, 即可适用于不同场合, 比如, 网上订票、网上购物等。
摘要：本文介绍了一种基于GPRS网络通信, 可以打印票据的微型打印终端, 该终端结合了网络订餐的应用, 用于帮助餐馆快速处理网络订单。本文首先介绍了打印终端的总体设计思路, 接着进一步介绍了其硬件和软件的设计, 最后给出总结。
关键词：GSM,GPRS,网络订餐,微型打印
参考文献
[1]ST7565 65 x 132 Dot Matrix LCD Controller/Driver.Sitronix Inc.
微型打印 篇4
FPGA即现场可编程逻辑阵列[1]。是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件。FPGA的集成度很高, 其器件密度从数万门到数千万门不等, 可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能, 适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。新一代的FPGA甚至集成了中央处理器 (CPU) 或数字处理器 (DSP) 内核, 在一片FPGA上进行软硬件协同设计, 为实现片上可编程系统 (SOPC) 提供了强大的硬件支持。对微型打印机的驱动, 传统方法是使用单片机是实现对其的时序控制。随着FPGA在各领域的普及使用, 以及对微型打印机的需要, 因此要实现FPGA对微型打印机的时序控制。
当前各ASIC芯片制造商都相继开发了用于各自目的的HDL语言, 但是大多数都为标准化和通用化[2]。惟一被公认的是美国国防部开发的VHDL语言, 它已成为IEEE STD_1076标准。另外从近期HDL语言发展的动态来看, 许多公司研制的硬件电路设计工具业都逐渐向VHDL语言靠拢[3,4], 使得他们的硬件电路设计工具也能支持VHDL语言。
VHDL语言可以支持自上而下和基于库的设计方法[3], 而且还支持FPGA的设计。
1 微型打印机简介
RD-DH型微型打印机采用热敏加热点阵打印方式, 是一款体积小, 打印速度快的打印输出设备。该型打印机可采用标准并行接口, RS 232串行接口, TTL电平串口, 485接口, USB接口, 打印速度达到50 m/s, 分辨率为8点/mm, 384点/行, 打印纸张采用57 mm热敏纸。可打印国标一、二级汉字库中全部汉字和西文字、图标共8 178个。微型打印机并行接口与CENTRONICS标准接口兼容, 可直接由微机并口或单片机控制。其26线双排插座引脚序号如图1所示。此26个并口各引脚信号定义如表1所示。
对打印机的驱动主要是对其工作时序进行正确的控制, RD-DH型并行接口定时图如图2所示。
注:“入”表示输入到打印机;“出”表示从打印机输出, 信号的逻辑电平为TTL电平。
2 总体系统设计
使用Altera公司的Cyclon Ⅲ系列的FPGA芯片EP3C25Q240C8N实现对RD-DH型微型打印机的硬件电路控制, 使用Quartus Ⅱ开发工具, 通过VHDL语言实现对微型打印机的软件功能实现[5]。
2.1 硬件电路设计
如图3所示为打印机与FPGA的连接示意图。DATA1～DATA8表示打印机的8个数据位, 他们的逻辑‘1’表示高电平, 逻辑‘0’表示低电
平;-STB为数据选通触发脉冲, 下降沿时读入数据;-ACK为回答脉冲, 低电平表示数据已被接受;BUSY为高电平时表示打印机正忙, 此时不接收数据。由于-ACK和BUSY输出的是5 V的TTL电平, 而FPGA的I/O口标准为3.3 V LVCMOS电平, 因此这两个信号作为FPGA的输入信号时, 要进行分压, 保证电路正常运行。
2.2 软件设计
软件平台采用Altera公司的FPGA开发平台Quartus Ⅱ。Quartus Ⅱ提供了一种与器件结构无关的设计环境, 设计者不需要精通器件的内部结构, 只需要运用自己熟悉的输入工具 (如原理图输入或数字电路描述语言输入) 进行设计, 利用Quartus Ⅱ可以将这些设计转换为最终结构所需要的格式[6]。有关结构的详细知识已写入开发工具软件, 设计人员无需手工优化自己的设计。软件的开发流程如图4所示。
使用VHDL硬件描述语言来进行软件设计[7,8]。对微型打印机的驱动主要是对其工作时序进行正确的控制, 利用VHDL常见的状态机来实现对打印机的工作时序的控制[9], 根据时序图1所示的时序, 状态机使用4个状态, 状态转换图如图5所示。
初始状态STATE0时, 数据选通触发脉冲信号STB置‘1’ (高电平) , 检测打印机是否正忙, 如果打印机为空闲状态 (busy=‘0’) , 转入下一状态STATE1, 否则 (busy=‘1’) 继续执行STATE0;在状态STATE1, 将数据写入打印机, 直接转入下一状态;在状态STATE2, 将数据选通触发脉冲信号STB置‘0’, 打印机读数据, 转入下一状态;在状态STATE3, 检测数据是否已经被接受, 若数据已被接受 (ACK=‘0’) , 打印机转入初始状态STATE0, 等待接受新数据, 若数据未被接受 (ACK=‘1’) , 继续执行STATE3直到数据被接受。
3 结 语
使用FPGA与VHDL硬件描述语言设计的微型打印机驱动, 通过系统调试能够完成对打印机的时序控制, 目前已经在某型测试仪中正常使用。该设计系统控制简单, 抗干扰性强, 可靠性高, 移植性较好, 能够用于任何使用FPGA芯片的系统中, 具有一定的应用前景。
摘要：为了取代传统利用单片机驱动微型打印机, 使用Altera公司的FPGA芯片EP3C25Q240C8N设计驱动打印机的硬件控制电路, 并正确控制微型打印机的工作时序。软件使用硬件描述语言VHDL实现对微型打印机的时序控制, 并通过QuartusⅡ软件平台下载到FPGA调试通过, 证明该方法行之有效, 完全可以取代传统利用单片机来驱动微型打印机, 且抗干扰性好, 可靠性高, 具有较强的可移植性。
关键词：微型打印机,VHDL,时序,FPGA
参考文献
[1]王诚, 吴继华, 范丽珍, 等.Altera FPGA/CPLD设计[M].北京:人民邮电出版社, 2005.
[2]姜雪松, 吴钰淳.VHDL设计实例与仿真[M].北京:机械工业出版社, 2007.
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[6]李洪伟, 袁斯华.基于QuartusⅡ的FPGA/CPLD设计[M].北京:电子工业出版社, 2006.
[7]侯伯亨, 顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.
[8]ZWOLINSKI Mark.VHDL数字系统设计[M].李仁发, 译.北京:电子工业出版社, 2004.
微型打印 篇5
高速稳定输出
如今,患者就医的一大难题就是挂号。爱普生推出的TM-T70Ⅱ微型打印机,为我们解决了这一大难题。以爱普生微型打印机TM-T70Ⅱ为例,其体积精巧,输出速度快,简便省纸的特点为医院挂号处带来了很多便利。尤其是TM-T70Ⅱ采用“独具匠心“的前出纸设计,不仅方便放置,而且操作起来也十分便捷。此外,如果打印机打印速度跟不上或出现卡纸故障(需要耗费维修时间和费用),必然会给患者带来诸多不便,也加大了医院的医疗成本。而爱普生微型打印机TM-T70Ⅱ打印速度可达200mm/秒,且无故障运行时间长达36万小时,远远高于市面上其他品牌的微型打印设备,在一定程度上有效地避免了冗长的排队时间给患者所带来的困扰,如此高速的输出有效的解决了患者挂号难的问题,同时也提高的医院的办公效率。除此之外,爱普生的TM-T70Ⅱ为热敏微型打印机,打印时没有扰人的噪音,进而营造了安静有序的就医环境。
外观时尚小巧
微型打印机伴随着病患进行挂号、诊断、缴费和取药的各个环节。在就医高峰期,医生的诊断室、挂号处等往往人群拥挤。而很多打印机的体积较大,稳定性差。使整个就医环境杂乱无章、空间狭小。爱普生TM-T70Ⅱ外观设计灵活小巧,占用面积小,适用于不同环境的需求。紧凑的结构设计无论搭配全黑还是全白“外衣”,都显得清新时尚。TM-T70Ⅱ极简的风格前部按键,使操作更为简捷。独有的前出纸设计为医务人员简化了操作流程,灵活的标配双接口配置(内置USB)更是满足了个性化的需求,都使TM-T70Ⅱ成为了医疗行业的得力助手。
绿色节能环保
爱普生TM-T70Ⅱ具有节电省纸功能,其待机能耗仅为1瓦,相当于一般节能灯泡的1/15。满足了最苛刻的节能要求,而且通过了环保之星的测试。另外,贴心的省纸功能,更有它的可爱之处。不但可以节省13mm的页边距纸张,其自动“缩”打印功能还可以实现最高省纸30%。从某种意义来讲,省电和省纸就是省钱,日积月累,便会节约一大笔开销,爱普生TM-T70Ⅱ不仅为病患和医务工作人员提供了一个绿色健康的环境,更重要是为医疗行业节省了生产成本。
爱普生TM微型打印机凭借其高速便捷、稳定精巧和环保省纸等众多优势,在医疗行业大绽光彩。不仅加速了医疗行业的信息化进程,还必将成为医护工作人员不可或缺的得力助手。我们相信,爱普生将会不断的推陈出新,为更多的行业提供更完善的解决方案。
关于爱普生(中国)有限公司(Epson (China) Co.,Ltd.)
爱普生(中国)有限公司成立于1998年,总部设在北京,负责统括爱普生在中国的投资和业务拓展。2004年5月,爱普生(中国)有限公司经中国商务部批准,成为中国首家获得“地区总部”资格认定的外商独资企业。目前,爱普生在华累计投资已超过7.46亿美元(约合47亿元人民币),共有14家制造、销售及服务等机构,员工逾期17,000人。
微型打印 篇6
24针打印清晰到底
随着互联网和现代经济的高速发展, 餐饮和零售等行业也在不断发展, 用户对票据的打印要求越来越高, 要满足餐饮和零售行业用户的新需求, 就必须不断改进和完善微型打印设备的性能。为此, 爱普生推出的TM-U330微型打印机采用首款的24针打印头技术, 完全适用中文打印。使用普通的打印机在打印中文时, 打印头需要物理运动两个来回, 实属麻烦。而爱普生TM-U330高速微型打印机采用高新技术, 打印头只需要运动一遍就能清晰完整的将文字打印出来, 真正做到完全适用中文的打印。在保证打印速度的方式, 让您的票据清晰到底。
机身小巧, 功能强大
对于既要追求高效, 又要求美观, 同时还要节约空间的用户来说, 爱普生T M-U330微型打印机无疑是最佳选择。TM-U330结构紧凑, 机身小巧, 仅有160×248×138.5mm, 适应各类狭小空间, 可与您的放置环境完美结合。虽然该打印机与之前的微型打印机型尺寸相同, 但是其功能却强大很多。同时, 打印机身还带有标志传感器识别, 能够实现票据的定位打印, 随时随地满足客户不同的打印需求, 还能实际性的帮助用户打印票据。
性能可靠, 节约成本
针对餐饮和零售行业的高需求, 爱普生TM-U330采用了更为节约的设计, 加入了自动式裁纸单元, 当打印完成的时候, 机器会自动裁剪, 保证打印完的文档不会散落, 真正节约到纸张的使用。除此之外, TM-U330性能更加可靠, 它的碳合金打印头寿命达到2亿次每针, 平均无故障时间达到了18万小时, 整机寿命达到2400万行, 超强的性能保证打印工作能稳定完成。
作为首款24针的微型打印机, 爱普生TM-U330以高速的打印、优质的性能、高科技的创新以及丰富的功能全面满足多类用户的不同需求, 必将赢得社会各界的好评。
关于爱普生 (中国) 有限公司
爱普生 (中国) 有限公司成立于1998年, 总部设在北京, 负责统括爱普生在中国的投资和业务拓展。2004年5月, 爱普生 (中国) 有限公司经中国商务部批准, 成为中国首家获得“地区总部”资格认定的外商独资企业。目前, 爱普生在华累计投资已超过7.46亿美元 (约合47亿元人民币) , 共有13家制造、物流、销售及研发等机构, 员工21, 094人。
微型打印 篇7
微型打印机, 简称微打, 是由微型打印机机芯+驱动部分+控制部分构成微型打印机。所谓的微型打印机是相对通用办公用打印机而言, 所打印的票据较窄, 整机体积较小, 使用电压较低, 是打印机家族的一个分支, 作为特种打印机, 目前, 已广泛的应用到商业, 交通, 金融, 工业仪器仪表等众多领域。目前市场上的微打有热敏打印机和针式打印机两种, 所用的票据的纸宽有44mm、58mm、76mm和89mm等规格, 主要的品牌有EPSON, STAR, SEIKO, SANSUNG, CITIZEN等。市面上单片机主要通过串口或并口以命令的方式控制微型打印机, 微型打印机作为应用系统的一个模块, 这种方式控制简单但在有些考虑成本的应用系统中, 这类方案就不可取了。而本文基于成本考虑, 介绍的是16位单片机M30802SGP的应用系统直接驱动STAR公司打印58mm纸宽的针式微型打印机机芯MP411。
1 微型打印机机芯MP411的介绍
微打机芯MP411是STAR公司制造的9针点阵式微型打印机机芯, 由9根打印针信号, 4根走纸马达相位信号, 4根字车马达相位信号和温度, 纸尽, 黑标, 打印头位置检测信号组成。主要的性能指标如下:
驱动电压是直流24V±10%, 逻辑电压为直流5V±5%;
打印方向:双向打印;
打印纸宽为57.5±0.5mm, 打印的区域是48mm;
每行打印点数:160 (每个点大小水平方向是0.3mm, 垂直方向是0.353mm) ;
打印速度:5行/秒;
打印的字符:字符大小 (宽×高) :1.2mm×2.42mm;
走纸速度:最大140mm/秒 (连续走纸) ;
打印寿命:100万行字符;
票据层数:3层纸。
2 微型打印机机芯MP411的驱动电路
微型打印机机芯MP411自己不能工作, 它是一个靠步进马达驱动芯片驱动MP411机芯携带的两个马达和打印针驱动芯片驱动MP411携带的打印针来完成打印字符和图表任务的被动执行机构。下面分别介绍下它们的驱动电路。
马达的驱动电路:微型打印机机芯MP411有两个步进马达:沿卷式票据纸方向运动的走纸马达和左右运动的字车马达, 它们是一种双相双极型步进马达, 该马达有两个绕组, 控制时按照一定的时序改变绕组的电流方向, 马达内部的磁场就相应地产生旋转, 马达转子在磁场的作用下一步一步的按照磁场方向运动。马达的驱动电路就是按着控制逻辑输出的脉冲信号, 控制步进马达产生电流的换向。而双向双极型步进马达驱动集成电路MTD2003F正是适用于MP411微打机芯马达的控制。其内部集成了功率元件与控制逻辑, 只需在外部连接少量的几个元件就可实现对MP411机芯马达的控制。MP411微打机芯马达驱动电路如图1.1 (打印驱动电路) 所示。
在图1.1 (打印驱动电路) 中, U3是走纸马达驱动IC, U4是字车马达驱动IC, 二者都是选用具有2位数字电流选择, 4位相位输入实现2-2相/1-2相的激励模式的MTD2003F。通过单片机等控制逻辑对MTD2003F的4位相位输入控制的逻辑关系如表1所示, 单片机等控制逻辑对数字电流I0和I1的控制的逻辑关系如表2所示。输出的驱动电流大小设计由下面公式决定:
Io (100%) = (Vr/ (10*Rs) ) -0.015, Vr=Vcc, Rs=0.68欧。在图1.1中, 设计时选用压降小, 恢复时间快的肖特基二极管D1FS4来分担一部分功耗从而达到对MTD2003F保护作用。
在图1.1 (打印驱动电路) 中, 我们选用了TL431的电压调整电路选定参考电压。
打印针驱动电路:微打机芯MP411有9根打印针, 每个打印针就是一个线圈绕组, 第9根针我们没有使用, 只使用8根针就可以了。为了使电路简洁, 维护方便, 设计打印针驱动电路时没有使用离散元件, 而是使用了专用的打印针驱动集成电路MTA001M, 如图1.2 (打印针驱动电路) 所示。在图1.2 (打印针驱动电路) 中, 通过MTA001M增强了打印针的驱动能力, 同时MTA001M具有可开关的门控信号, 在这个电路中我们使用了单稳态的触发器通过硬件来控制打印针的出针时间t, 这个时间由单稳态触发器14脚和15脚的电阻和电容值决定, t=RC。按微打机芯MP411的技术参数要求t=364us, 考虑到阻容本身的误差, 实际值t不要超过364us。
逻辑检测电路:微打机芯MP411有四个需要单片机检测的逻辑状态:HOME位置、温度、纸尽和黑标信号, 如图1.3 (逻辑检测电路) 所示。在这部分电路中, 我们使用比较器KA339内部的4路比较器分别检测这四个信号。
3 MP411机芯控制部分
对微打MP411机芯步进马达驱动部分的控制逻辑输入、打印针驱动的输入及机芯状态检测需要微处理器来完成, 这就是机芯的控制部分。由于MP411机芯控制部分所占用微处理器的口线资源比较多, 同时应用系统还会有诸如显示、键盘以及其他控制部分都会或多或少的用到一些口线资源, 一般的单片机很难满足这样的需求, 除非使用接口芯片扩展, 这样一来, 既增加了系统的成本, 同时, 多一片IC, 就会带来系统的不可靠性风险的增加。为此, 我们特别选用三菱公司的16位单片机M30802SGP作为控制部分的核心。M30802SGP具有丰富的系统资源:内部10K的SRAM, 29个内部、8个外部中断源, 5个输出、6个输入16位定时器, 5个串口, 10位8通道的A/D, 8位2通道的D/A, 4个输出片选, 123个可编程的I/O口, 一个看门狗, 还有CRC, DMAC等, 可谓是功能强大的单片机了, 尤其是具有这123个可编程的I/O口资源, 就很方便的设计MP411微打的控制逻辑及状态检测部分电路。我们将M30802SGP整个P12口作为打印针驱动的输入控制, P10口部分和P1口部分使用其I/O口功能作为马达驱动部分的输入控制, P10口的一个I/O口作为单稳触发器的门控, 控制打印的出针时间。P10口的部分I/O口和P11口的一个I/O口作为MP411机芯的逻辑状态检测的信号。限于篇幅M30802SGP与MP411机芯的控制部分连接图未画出。我们不难发现这些控制部分的信号完全是微处理器自身的资源, 不需外扩一片其他IC, 而M30802SGP器件其他丰富的资源又能满足应用系统别的需求, 可见M30802SGP的实际使用价值更高。
结束语
关于这个MP411微打的设计, 是本人工作实践中应用系统的一部分, 非常简洁实用, 同大多数的系统中外挂一个成品微型打印机相比, 尤其是作为产品考虑成本的时候, 就会有非常明显的市场优势。
参考文献
[1]MP400series specification manual.