畢業(yè)論文文章鄒鵬論文正文

1、重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于MCS51的微型打印機硬件設(shè)計 緒論現(xiàn)在，社會科學(xué)技術(shù)日新月異，人們的生活節(jié)奏也越來越快，同時，大大小小的公司也得到不同程度的發(fā)展，人們的工作也變得越來越繁雜。日常工作中，不管你是大公司，還是小公司，難免需要打印各式各樣的文檔，那么種類繁多的打印機也就應(yīng)運而生。市場上，大多數(shù)打印機的性價比都不高，不僅體積大不便于攜帶，而且價格較貴成本太高。那么人們就想造出一種新的打印機，小巧好用又實惠，所以微型打印機就登上了歷史的舞臺，展現(xiàn)其優(yōu)越的一面。微型打印機跟其他打印機相比，其最大的優(yōu)點就是體積小、外觀美、性能可觀，而且價格相對其他打印機來說優(yōu)勢明顯，而其特有的多份拷貝、復(fù)寫打

2、印和連續(xù)打印功能，使許多專業(yè)打印領(lǐng)域?qū)ζ淝橛歇氱?。 微型打印機中比較常見的是針式微型打印機，著名品牌EPSON 在我國使用得比較早，比較廣泛。針式打印機技術(shù)比較成熟，而且結(jié)構(gòu)原理較簡單，再加上它不錯的性價比和較低的后期耗材費用，使它非常的受歡迎。它雖然有打印針容易損壞、噪聲較高、分辨率較低等缺點，但由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品不斷地改進下，針式打印機較大的提高了打印速度、降低了打印噪聲、改善了打印品質(zhì)，并使針式打印機向著專用化、專業(yè)化方向發(fā)展，使其在銀行存折打印、財務(wù)發(fā)票打印、記錄科學(xué)數(shù)據(jù)連續(xù)打印、條形碼打印、快速跳行打印和多份拷貝制作等應(yīng)用領(lǐng)域具有其他類型打印機不可取代的功能2。由于針式

3、打印機原理的關(guān)系，它打印出來的單據(jù)可以保存較長的時間，所以很多公司都喜歡使用它，特別是政府部門和服務(wù)行業(yè)，并且因為針式打印頭控制簡單，可以采用比較便宜的控制板方案來生產(chǎn)，大批量生產(chǎn)速度較快，易滿足市場的供求。本文主要研究微型打印機的控制硬件電路。因為打印機并不能直接工作，必須有控制電路控制其按照一定的時序進行打印，因此，如何對微型打印機控制電路進行設(shè)計就成了本文首先要解決的問題，這也正是本文所要研究的主要內(nèi)容。本文所完成的任務(wù)是在單片機上對微型打印機控制實現(xiàn)的設(shè)計方法進行研究，得到最優(yōu)結(jié)果。第一部分微型打印機的概述，本部分介紹了微型打印機的發(fā)展、分類及其研究價值。第二部分針式打印機的驅(qū)動原理及

4、硬件組成，介紹了針式打印機組成，打印原理、打印方式，復(fù)位檢測電路，驅(qū)動放大電路，打印信號同步檢測電路及USB通訊電路等。第三部分芯片資料及其功能，本部分主要介紹芯片AT89S52和芯片PL2303HX的引腳功能及其工作概況，三極管放大原理分析。第四部分軟件設(shè)計，本部分介紹了打印機的詳細工作原理及打印過程、打印格式。然后，根據(jù)設(shè)計思路介紹了部分軟件設(shè)計方法，并總結(jié)出了主程序運行流程圖。第五部分結(jié)論，對全文進行總結(jié)。1.1 本課題研究的意義微型打印機在現(xiàn)代社會應(yīng)用得相當廣泛，比如，工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、餐飲業(yè)、公司等，幾乎隨處都能見到它的身影。微型打印機的種類也有很多，比較典型的分類可分為

5、針式微型打印機和熱敏微型打印機兩種。熱敏微型打印機雖然出現(xiàn)得比較晚，但由于其打印速度快、噪聲小等優(yōu)點，迅速地占領(lǐng)了微打的大部分應(yīng)用市場；而針式微型打印機因其獨特的工作原理及可靠的性能，在一些專業(yè)領(lǐng)域大放光彩，是熱敏微型打印機無法替代的。本文在分析M-150II 微型打印機機芯的物理結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理的基礎(chǔ)上，對針式微型打印機的開發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵細節(jié)做了詳盡的論述，盡可能設(shè)計一種簡單、實用的方案3。1.2 微型打印機的發(fā)展和現(xiàn)狀微型打印機包含很多種。按用途可分為專用微型打印機和通用微型打印機； 按打印方式可分為針式微型打印機、熱敏微型打印機和熱轉(zhuǎn)印微型打印機等；按工作場所可分為便攜式微型打印機、臺式微型

6、打印機和嵌入式微型打印機。當前國際上，惠普、EPSON、松下和佳能等公司一直是打印機行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，國內(nèi)雖然擁有聯(lián)想、長城和四通等品牌，但是市場占有率小，市場開拓較難。這與國外品牌優(yōu)秀的質(zhì)量與性能是息息相關(guān)的，再加上國內(nèi)品牌技術(shù)較落后，研發(fā)難度大，研發(fā)經(jīng)費不足等情況，要想在主流領(lǐng)域發(fā)展國人自己的品牌，難上加難。1968年，愛普生第一臺針式打印機問世，到現(xiàn)在針式打印機的歷史已有40多年，在這40多年間，針式打印機的技術(shù)也在不斷的發(fā)展和更新。(1)控制器發(fā)展：以前針式打印機的控制器主要為MSC51系列的單片機，而現(xiàn)在利用ARM系列的單片機，在打印速度和穩(wěn)定性能上都有顯著的提高，而且在自身質(zhì)量和噪聲

7、處理方面有了明顯的改善。再加上如今各種集成和工藝更佳的門電路，配合微型打印機使用，體驗效果更加優(yōu)秀。(2)電源發(fā)展：優(yōu)秀的電源對微型打印機的性能提高有很大的幫助。電源己從傳統(tǒng)的晶體管穩(wěn)壓電源發(fā)展到現(xiàn)今廣泛使用的開關(guān)電源，開關(guān)電源具有小型化、輕便化、高可靠性、低能耗、低噪聲和抗干擾能力強等諸多優(yōu)點，因此深受設(shè)計者的喜愛。(3)檢測電路：打印機要完成各項任務(wù)離不開檢測電路的協(xié)同工作。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，檢測器件的準確性越來越高，這就為打印機性能提高做好基礎(chǔ)。(4)控制技術(shù)：打印機根據(jù)設(shè)定可以工作在不同的打印模式下，如可以工作在超高速、高速和高密等工作模式下。這是由控制器控制步進電機實現(xiàn)的，隨著技術(shù)的

8、發(fā)展高性能控制技術(shù)運用到打印機中使打印質(zhì)量更高4。1.3 常見的微型打印機一、針式微型打印機：針式微型打印機是比較常見的微型打印機，國內(nèi)很早就有用EPSON打印頭（打印機芯）生產(chǎn)的產(chǎn)品。針打有個好處就是打印的單據(jù)可以長時間保存，當然，你選購的色帶上的油墨必須質(zhì)量好，所以很多便利店中所用的微打都是針打，并且因為針式打印頭控制簡單，可以采用比較便宜的控制板方案來生產(chǎn)，所以比較便宜5。 二、熱敏微型打印機：熱敏微型打印機也是比較常見的微型打印機，但比針式微型打印機出來得要晚。 HYPERLINK /view/152067.htm t _blank 熱敏打印機打印速度快，噪音小，打印頭很少出現(xiàn)機械損耗

9、，并且不需要色帶，免去了更換色帶的麻煩。但它也有缺點，因為其使用的是熱敏紙，所以不能無限期保存，在避光的條件下可以保存一年到五年，也有長效熱敏紙可以保存十年6。 三、便攜式微型打印機：又稱便攜式票據(jù)打印機，便攜式微型打印機現(xiàn)在大部分采用的是藍牙數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，相比較早采用的IrDA技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸距離遠，無方向性，較臺式微型打印機體積小，電池供電，能隨身攜帶使用7。 四、臺式微型打印機：與便攜式微型打印機比較，其打印速度較高8。1.4 研究的主要內(nèi)容及簡要分析本論文研究的主要內(nèi)容是基于圖1-1所示的完整的系統(tǒng)主要模塊結(jié)構(gòu)圖，下面簡要說明各個模塊的功能。打印頭驅(qū)動電路鍵盤模塊AT89S52指示燈模

10、塊 圖1-1 打印機系統(tǒng)主要模塊結(jié)構(gòu)圖單片機模塊：對整個微型打印機而言，單片機作為本系統(tǒng)核心的部分，起到控制和樞紐的作用，本設(shè)計采用常見的AT89S52來實現(xiàn)。打印頭模塊：EPSON作為微型打印機的先驅(qū)，其產(chǎn)品小巧可靠，本設(shè)計使用EPSONM150針式打印頭。驅(qū)動電路模塊：對于本系統(tǒng)來說，由于單片機管腳電流小，驅(qū)動能力比較弱，而打印機中的打印針和電機都需要設(shè)計驅(qū)動電路，本設(shè)計采用較為簡單的三極管放大電路作為電機驅(qū)動電路。鍵盤模塊：由于需要選擇打印功能，所以本設(shè)計需要一個起停按鈕，三個功能選擇按鈕，即四個獨立按鈕。指示燈模塊：綠燈亮表示打印機正常工作。1.5 打印機的主要技術(shù)指標打印機設(shè)計主要有

11、以下技術(shù)指標： 打印機能打印字符，漢字，圖形； 打印機能按鍵選擇打印字符，漢字，圖形； 打印機能通過串口選擇、傳送要打印的內(nèi)容； 打印機成本低、體積小、電路簡單，便于安裝與維修； 打印機具備良好的防水、防火、防撞、防靜電干擾、防電磁干擾功能。2 打印機系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1 微型打印機的組成EPSON M-150II微型打印頭主要組成部分有：直流電機Motor、測速感應(yīng)線圈Timing Detector、干簧管復(fù)位開關(guān)Reset Detector、電磁打印針Print SolenoidABCD、色帶、滑槽輪和蝸桿等。圖2-1 打印頭管腳接口微型打印機的管腳接口如圖2-1所示，11個管腳名稱

12、見表2-1：管腳號1234567891011定義點反饋接地Motor接地Motor電源打印針公共端打印針A打印針B打印針C打印針D同步信號輸出1（接地）同步信號輸出2（行反饋）表2-1 打印機管腳名稱 當打印機打完一個點后，利用點反饋就能定位下一個要打印的點，同理，當打印機打完一行后，利用行反饋就能控制電機走紙并將打印針復(fù)位到這一行的開頭。M-150II 打印機有4個打印針，每個針頭對應(yīng)24點，每行共96點，若英文字符采用57點陣的話，則一行可打印16個字符，打印速度為1行/秒。它使用的打印紙寬度為45mm，它的使用壽命能達到500000行，再加上其擁有小巧的機身：73.4mm42.6mm12

13、.8mm，約60g的重量，非常便于攜帶安裝和日常的維護。2.2 打印原理打印時，單片機控制隔離開關(guān)給電機供電，同時滑槽輪及蝸桿在電機的帶動下轉(zhuǎn)動，并使機頭滑架左右移動，從而不斷改變打印點的位置。走紙機構(gòu)通過凸輪在蝸桿的帶動下實行走紙，同時色帶通過蝸桿移動。隨著電機的轉(zhuǎn)動，測速感應(yīng)線圈輸出一個3V的正弦信號，經(jīng)過晶體管整形電路后成為方波，方波再輸入到單片機，用來檢測打印同步信號。打印頭每移動一點行，單片機可以檢測到168個高、低電平作為打印同步信號，其中前96個高、低電平對應(yīng)特定的打印點的位置，后72個高、低電平對應(yīng)打印頭從最右端返回起始位置所用時間9。打印針從方波的第1個高電平信號到第96個低

14、電平信號按A-B-C-D的次序循環(huán)打印，直至完成一點行的打印任務(wù)。當機頭滑架返回到最左邊時，磁鐵使干簧管閉合，單片機檢測到這一同步信號，開始下一點行的打印10。2.3 硬件系統(tǒng)組成 打印機硬件系統(tǒng)主要由單片機最小電路、USB通訊電路、電機驅(qū)動電路、打印同步信號檢測電路、按鍵和指示燈電路等部分組成。單片機作為中樞控制系統(tǒng)，滑槽輪及蝸桿在電機的帶動下轉(zhuǎn)動，并使機頭滑架左右移動，從而不斷改變打印點的位置。走紙機構(gòu)通過凸輪在蝸桿的帶動下實行走紙，同時色帶通過蝸桿移動。電機轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)電機里面的感應(yīng)線圈產(chǎn)生一個正弦信號，經(jīng)過晶體管整形為方波，再輸入到單片機，用來控制打印針的動作。本文主要設(shè)計了EPSON

15、打印頭的驅(qū)動控制電路部分，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。AT89S52 USB通訊電路復(fù)位檢測電路打印機驅(qū)動電路 打印同步信號檢測電路單片機晶振電路按鍵電路，指示燈電路圖2-2 硬件系統(tǒng)組成2.3.1 單片機最小系統(tǒng) 時鐘電路51單片機的時鐘有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部方式和外部方式。51單片機片內(nèi)有一個振蕩器，它由一個高增益反向放大器構(gòu)成。XTAL1作為反向放大器的輸入端，XTAL2作為輸出端。當把石英晶體和兩個電容連在XTAL1和XTAL2兩端這就組成了一個相對穩(wěn)定的自激振蕩器，那么我們就將這種時鐘方式稱為內(nèi)部方式，如圖4。一般，振蕩晶體的規(guī)格在1.2MHz12MHz之間，兩電容的規(guī)格在20pF1

16、00pF之間，但我們通常使用30pF。圖2-3 時鐘電路 復(fù)位電路 AT89S52單片機在啟動時需要復(fù)位，復(fù)位信號從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中，系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)。如果RST引腳上出現(xiàn)一個持續(xù)2個機器周期（24個振蕩周期）的高電平，則系統(tǒng)就可以復(fù)位。復(fù)位方式有按鍵手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種11。在本設(shè)計中，采用按鍵電平復(fù)位，如圖2-4所示。復(fù)位工作原理：上電時，電容兩端的電壓在此前為0V且不能突變，所以上電瞬間RST輸出為高電平，對系統(tǒng)進行復(fù)位，然后電容通過電阻R1充電使其兩端的電壓逐漸增高直至等于VCC，RST輸出也逐漸降低直至為0V，即為低電平，單片機開始正常工作。圖

17、2-4 復(fù)位電路2.3.2 直流電機驅(qū)動電路根據(jù)Epson M-150II開發(fā)手冊和實際調(diào)試情況可知，電機和打印線圈的電壓應(yīng)滿足如圖2-5所示關(guān)系，否則就可能會出現(xiàn)字符打印混亂，模糊難認，打印不穩(wěn)定等現(xiàn)象。為了使打印出的字符效果更好，我們在Q1和Vcc之間串入了D1，用以降低電機兩端的電壓，使其電壓稍低于線圈的電壓12。實踐證明：當電機兩端的電壓略低于線圈的電壓時，打印出的字符效果更好，打印過程更穩(wěn)定些13。圖2-5 電機與打印線圈的電壓關(guān)系電機的啟停，通過單片機P1.4的輸出來控制，如圖2-6所示。當P1.4輸出為高電平，三極管Q1導(dǎo)通，電機啟動；當P1.4輸出為低電平，三極管Q1關(guān)斷，電機

18、停止。圖2-6 直流電機驅(qū)動電路2.3.3 驅(qū)動放大電路此模塊是整個硬件電路中最核心的部分，其設(shè)計如圖2-7所示。I/O驅(qū)動能力主要指它使用輸出工作方式下的輸出電流和灌電流。負載越重，就需要更大的驅(qū)動能力。如果單片機輸出口驅(qū)動能力大于外部要求的就不用驅(qū)動電路了。但事實上一般單片機都要另外設(shè)計驅(qū)動電路，以小電流控制大電流。而這里要控制打印機的工作，驅(qū)動的是打印機的打印針，光靠單片機管腳的電流是不足以驅(qū)動的。為了加強驅(qū)動能力，在這里采用的是單三極管驅(qū)動放大電路。打印機的針頭D、針頭C、針頭B和針頭A分別用三極管Q2、Q3、Q4和Q5來驅(qū)動。圖2-7 驅(qū)動放大電路2.3.4 打印同步信號檢測電機轉(zhuǎn)動

19、時，感應(yīng)線圈輸出幅值為3V的正弦波，經(jīng)打印頭11端口發(fā)出，再送到晶體管整形為方波后，最后送入到單片機中斷，用來檢測此方波作為打印同步信號，以確保打印點之間的距離相等。打印針同步信號如圖2-8所示。由圖可知：A、C打針是在方波降低到來時沖打，B、D打針在方波上升到來時沖打14。圖2-8 同步信號檢測圖2-9 打印同步信號檢測電路 感應(yīng)線圈產(chǎn)生的3V正弦波經(jīng)P11口輸入，經(jīng)過由兩個NPN型的三極管組成的簡易施密特觸發(fā)器后，波形變?yōu)榉讲?，再輸入到單片機的中斷口。2.3.5 USB通信電路 USB轉(zhuǎn)串口模塊全稱為USB to Serial port Module，它可以直接將USB信號轉(zhuǎn)換成串口信號，

20、波特率從751228800，有22種波特率可以選擇，并支持5、6、7、8、16共5種數(shù)據(jù)比特位，是一款相當不錯的USB轉(zhuǎn)串口芯片15。圖2-10 USB轉(zhuǎn)TTL通信電路2.3.6 按鍵電路 單片機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備中最常見最廣泛的一種就是鍵盤。鍵盤由多個按鍵組合而成的。按鍵其實質(zhì)就是一種常開型按鈕開關(guān)，通常情況下，按鍵中的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，當你按下按鍵時，兩個觸點就處于閉合狀態(tài)。 一般，鍵盤的種類有兩種：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。通過硬件電路，編碼鍵盤可以產(chǎn)生一個被按按鍵的鍵碼和一個選通脈沖。選通脈沖可作為單片機的中斷請求信號。這種鍵盤使用方便，所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜，單片機幾乎不常用。非編碼

21、鍵盤按組成結(jié)構(gòu)又可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計都比較簡單16。圖2-11 按鍵電路由圖2-11可以看到，當按鍵沒有按下時，P2.0P2.3四個I/O口由于通過電阻直接和5V電源連接，因此認為此時P2.0P2.3為高電平，當按下按鍵時，5V電源通過R1R4四個電阻直接接地，這時，P2.0P2.3為低電平。理論上，當我們按下按鍵時單片機只接受到一個信號，但實際上是這樣的嗎？實際中，當按下按鍵的時候，我們的手有抖動，或者由于按鍵自身的問題，會產(chǎn)生抖動，這種抖動會使單片機認為你按下了好幾次，因此誤發(fā)出信號。按下按鍵的前期我們稱為下降沿抖動

22、，松開按鍵的后期抖動我們稱為按鍵的上升沿抖動，這兩種抖動我們都稱為前沿抖動。如圖2-12所示。圖2-12 按鍵的抖動為了精確控制，不讓單片機誤接受信號并誤發(fā)出信號，確保每按一次按鍵單片機只進行一次處理，使鍵盤可靠地工作，我們必須采用某種方式消除抖動。怎么消除呢？消抖方法有硬件消抖和軟件延時兩種。硬件消抖法就是在鍵盤中附加去抖動電路，從根本上消除抖動產(chǎn)生的可能性。典型的電路實際上是由RS觸發(fā)器構(gòu)成的單脈沖電路。當按鈕開關(guān)按下時輸出低電平，當開關(guān)松開時恢復(fù)高電平，即輸出一個負脈沖，以此消除抖動17。軟件消抖基本原理是：可以先檢測一下按鍵是否按下，等過一個很短時間，再次檢測按鍵是否按下，假如再次檢測

23、的時候發(fā)現(xiàn)按鍵沒有按下，說明按鍵時在產(chǎn)生抖動，如果發(fā)現(xiàn)按鍵再次被按下，就認為按鍵真的在被按下。鍵按下的時間與操作者的按鍵動作有關(guān)，約為十分之幾到幾秒不等。而鍵抖動時間與按鍵的機械特性有關(guān)，一般為510ms不等。軟件消抖法即是采用延時（一般延時1020ms）的方法，以避開按鍵的抖動，即在按鍵已穩(wěn)定地閉合或斷開時才讀出其狀態(tài)18。2.3.7 指示燈電路 打印機工作時，我們需要一種比較直觀的方式來表現(xiàn)其正在正常工作，那么指示燈就作為我們的首選。圖2-13 指示燈電路2.4 打印機硬件原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計2.4.1 打印機硬件原理圖 打印機硬件原理圖見附錄1。2.4.2 打印機PCB設(shè)計PCB電路板

24、在設(shè)計的過程中應(yīng)當遵循一些基本原則： 電氣連接正確：電路板上的元器件應(yīng)安照原理設(shè)計圖正確的連接； 符合電路設(shè)計者的意圖：PCB電路板應(yīng)與原理設(shè)計圖相對應(yīng)，不能隨意修改； 符合電路板安裝的要求：PCB電路板的設(shè)計應(yīng)考慮到安裝的位置、尺寸大小、外形等外部因素； 元器件布局合理：元器件布局應(yīng)當考慮到元器件的尺寸大小、類別、器件之間的散熱、相互干擾等； 電路板布線合理：與元器件布局一樣，電路板布線也要考慮到線寬線長，線與線之間的間距等。 標號清楚明白：PCB電路板在設(shè)計時，元器件的標號應(yīng)當清楚明白，使人一目了然。最后，在設(shè)計PCB電路板時，在不影響其功能效果的情況下，應(yīng)盡量減少PCB的面積，以節(jié)約成本

25、。打印機PCB設(shè)計見附錄2。PCB設(shè)計一般流程如圖2-14所示。繪制正確的原理圖 確定元件封裝 設(shè)置環(huán)境參數(shù) 規(guī)劃電路板 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表 元件布局 制定詳細的布線規(guī)則 PCB布線 敷銅和補淚滴 設(shè)計規(guī)則檢查保存和導(dǎo)出PCB文件圖2-14 PCB設(shè)計流程2.4.3 PCB抗干擾設(shè)計（1）印刷電路板整體布局與連線印刷電路板時，電路板的幾何尺寸受到儀器機箱外殼大小的限制，大小要適中，要有利于元件放置和電氣連線。如果尺寸過大，不僅增加成本，而且布線加長，阻抗加大，整體效果下降；如果尺寸過小，布線較近，線與線之間的相互干擾較大，而且電路整體的散熱效果較差。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。應(yīng)盡量把相

26、互有關(guān)的器件放得靠近些，例如，石英晶體振蕩器和MCU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，應(yīng)盡可能相互靠近，同時，將石英晶體振蕩器的外殼接地。I/O驅(qū)動器件、功率放大器件應(yīng)盡量放置在印刷電路板的邊緣部分，盡量靠近引出的接插件的位置。容易產(chǎn)生噪聲的器件、大電流電路等應(yīng)盡量遠離記錄儀中的邏輯電路，如有可能，可設(shè)計在另外一塊電路扳上。最后，還要考慮電路板在機箱中放置的方向，將發(fā)熱量大的器件放置在上方。印刷電路板的電氣連線方面，應(yīng)盡量縮短各元器件之間的引線。在印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，避免采用直角拐彎，這樣可以減小高頻信號的對外發(fā)射。（2）電源和地線設(shè)計數(shù)字地與模擬地應(yīng)使它們盡量分開，兩者的地線不要相互混淆，最

27、后實行單點接地連接，而且接地線應(yīng)盡量加粗。3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 打印格式M-150微型打印機有4個打印針（A、B、C、D），單片機控制隔離開關(guān)給電機供電，滑槽輪及蝸桿在電機的帶動下轉(zhuǎn)動，并使機頭滑架左右移動，從而不斷改變打印點的位置。走紙機構(gòu)通過凸輪在蝸桿的帶動下實行走紙，同時色帶通過蝸桿移動。打印頭每移動一點行，單片機可以檢測到168個高、低電平作為打印同步信號，其中前96個高、低電平對應(yīng)特定的打印點的位置，后72個高、低電平對應(yīng)打印頭從最右端返回起始位置所用時間。打印針從方波的第1個高電平信號到第96個低電平信號按A-B-C-D的次序循環(huán)打印，直至完成一點行的打印任務(wù)19。當機頭滑架返

28、回到最左邊時，磁鐵使干簧管閉合，單片機檢測到這一同步信號，開始下一點行的打印，如圖3-1所示。圖3-1 沖打次序57點陣：M-150微型打印機為機械式點陣打印機芯，其打印頭上有四個電磁鐵打針，水平安裝在同一滑架上。在微型直流電機驅(qū)動下，打針隨滑架水平移動，四個打針一次通電、斷電，并且水平右移24個點位，則單方向打印出每行96點的軌跡20。打印頭返回時，自動步進送紙，打印頭往返10次可打印出 57點陣16個字符，并且空3行點行，如圖3-2所示。圖3-2 一點行(5+1)16每個打印點的直徑為0.35mm，所打印出的57點陣字符寬1.8mm高2.5mm。每個字符相隔0.3mm，空3行點行的距離為1

29、.0mm。詳細打印格式如圖3-3所示。 圖3-3 打印格式 【單位：mm】每個字符由57點陣組成，每個字符右側(cè)空一點列，每行字符下面空一點行21。為了對字符進行定義，一個字符便看成68的點陣組成，即6列每列8點，每一列由一個字節(jié)的數(shù)據(jù)表示，最高位在上。如圖3-4所示。圖3-4 字符定義如上所述，每個字符可以由6個十六進制數(shù)據(jù)表示。即字符“廣”可以定義為02H，7CH，40H，C0H，40H，00H。如此便完成了一個字符的定義，M-150 II型微打印機有全部字符集及140個自選自修改漢字。3.2 軟件設(shè)計方案打印57點陣字符的時序圖如圖3-5所示，首先由脈沖寬度為定時信號TnTn+1的打印脈沖

30、Pn激勵打印針A工作，然后由脈沖寬度為定時信號Tn+1Tn+2的打印脈沖Pn+1激勵打印針B工作，同樣的打印針C被打印脈沖Pn+2激勵工作，打印針D被打印脈沖Pn+3激勵工作，接著打印針A再次被打印脈沖Pn+4所激勵。按照這樣的規(guī)律，打印針A、B、C、D依次被連續(xù)的打印脈沖所激勵，直到完成打印任務(wù)22。定時信號打印針A打印針B打印針C打印針D針A電流圖3-5 打印時序圖3.3 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)控制軟件首要包括：主程序、打印機是否在線的子程序、判斷是何種機型的子程序、判斷滑架到達最左端的子程序、讀取數(shù)據(jù)的子程序和走紙與打印的子程序、通訊子程序等，其主程序流程框圖如圖3-6所示。關(guān)中斷，設(shè)置存

31、儲器模式中斷觸發(fā)方式設(shè)置打開外部中斷1串口初始化打印機初始化清零開啟中斷打印數(shù)據(jù)接收完否串口置低，關(guān)閉串口開始打印判斷走紙停止位置置低接收緩沖區(qū)關(guān)閉打印機電源關(guān)閉定時器T0未完完開始圖3-6 主程序流程圖4 芯片資料及功能4.1 單片機芯片AT89S52是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片23，引腳排列請參見下圖4-1：圖4-1 AT89S52芯片引腳4.1.1 引腳介紹 EQ oac(,1)引腳3239：P0口 8位雙向口線 EQ oac(,2)引腳1 8：P1口 8位雙向口線 EQ oac(,3)引腳2128：P2口 8位雙向口線 EQ oac(,4)引腳1017：P3口 8位雙向口線

32、EQ oac(,5)引腳9：RST 復(fù)位信號 EQ oac(,6)引腳18、19：XTAL1和XTAL2 外接晶體引線端 EQ oac(,7)引腳20：GND 地線 EQ oac(,8)引腳29：/PSEN 外部程序存儲器讀選通信號 EQ oac(,9)引腳30：ALE 地址鎖存控制信號 EQ oac(,10)引腳31：/EA 訪問程序存儲器控制信號 EQ oac(,11)引腳40：Vcc +5V電源4.1.2 引腳的第二功能由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的，例如MCS-51系列單片機芯片引腳的數(shù)目是40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了供需問

33、題。 解決這一問題唯一可行的辦法是“復(fù)用”，即給一些信號引腳賦予雙重功能。如果我們把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。第二功能信號定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個其它信號線。（1） EPROM 存儲器程序固化所需要的信號P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表4-1。表4-1 P3口線的第二功能口線第二功能 信號名稱P3.0 RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1 TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2 /INT0外部中斷0申請P3.3 /INT1外部中斷1申請P3.4 T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5 T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6 /WR外部RAM寫選通P3

34、.7 /RD外部RAM讀選通有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如87C51），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，它們也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即：編程脈沖： 30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（/EA/VPP）（2） 備用電源引入MCS-51單片機管腳9（RST/VPD）可以連接備用電源。當本身電源發(fā)生故障時，通過管腳9，備用電源就可以向內(nèi)部RAM提供電壓，不至于使內(nèi)部RAM中的信息丟失24。4.1.3 芯片工作概況空閑模式：在空閑模式下，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變

35、?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。P1.0和P1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0”，或者在使用上拉電阻的情況下設(shè)置為“1”。在用硬件復(fù)位終止空閑模式時，AT89C2051通常從程序停止一直到內(nèi)部復(fù)位獲得控制之前的兩個機器周期處回復(fù)程序執(zhí)行。在這種情況下片內(nèi)硬件禁止對內(nèi)部RAM的讀寫，但允許對端口的訪問，要消除硬件復(fù)位終止空閑模式對端口意外寫入的可能，原則上進入空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)對端口引腳或外部存儲器進行訪問。掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的

36、唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，恢復(fù)應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟并穩(wěn)定工作。P1.0和P1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0”，或者在使用外部上拉電阻時應(yīng)設(shè)為“1”。模式程序儲存器ALEPSENPORT0PORT1PORT2PORT3空閑內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表4-2 空閑模式和掉電模式下的外部引腳狀態(tài)4.2 PL2303HX芯片 PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器

37、，可提供一個RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利聯(lián)接的解決方案。 該器件作為USBRS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計。 圖4-2 PL2303HX芯片4.2.1 引腳介紹 EQ oac(,1)引腳1：TXD 數(shù)據(jù)輸出到串口； EQ oac(,2)引腳2： DTR_N 數(shù)據(jù)終端準備好，低電平有效； EQ oac(,3)引腳3：RST_N 發(fā)送請求，低電平有效； EQ oac(,4)引腳4：VDD_325 RS2

38、32的電源，為串行端口信號的電源引腳；當串口為3.3V， 這應(yīng)該是3.3V；當串行端口是2.5V，這應(yīng)該是2.5V； EQ oac(,5)引腳5：RXD 串口數(shù)據(jù)輸入； EQ oac(,6)引腳6：RI_N 串行端口（環(huán)指示器）； EQ oac(,7)引腳7：GND 接地； EQ oac(,8)引腳8：NC 無連接 EQ oac(,9)引腳9：DSR_N 串行端口(數(shù)據(jù)集就緒) EQ oac(,10)引腳10：DCD_N 串行端口(數(shù)據(jù)載波檢測) EQ oac(,11)引腳11：CTS_N 串行端口(清除發(fā)送) EQ oac(,12)引腳12：SHTD_N 控制RS232收發(fā)器關(guān)機 EQ oa

39、c(,13)引腳13：EE_CLK 串行EEPROM時鐘 EQ oac(,14)引腳14：EE_DATA 串行EEPROM數(shù)據(jù) EQ oac(,15)引腳15：DP USB端口D+信號 EQ oac(,16)引腳16：DM USB端口D-信號 EQ oac(,17)引腳17：VO_33 常規(guī)3.3V電源輸出 EQ oac(,18)引腳18：GND 接地 EQ oac(,19)引腳19：NC 無連接 EQ oac(,20)引腳20：VDD_5 USB端口的5V電壓電源 EQ oac(,21)引腳21：GND 接地 EQ oac(,22)引腳22：GP0 通用I/O引腳0 EQ oac(,23)引

40、腳23：GP1 通用I/O引腳1 EQ oac(,24)引腳24：NC 無連接 EQ oac(,25)引腳25：GND_A 模擬地鎖相環(huán) EQ oac(,26)引腳26：PLL_TEST PLL鎖相環(huán)測試模式控制 EQ oac(,27)引腳27：OSC1 晶體振蕩器輸入 EQ oac(,28)引腳28：OSC2 晶體振蕩器輸出 4.3 三極管三極管由兩個反向連結(jié)的PN接面構(gòu)成，如圖4-3所示，它有兩種類型：PNP和NPN。E極為發(fā)射極emitter、B極為基極base和C極為集電極collector。三極管NPN與PNP的電路符號如圖24所示，發(fā)帶箭頭的一極為發(fā)射極，箭頭所指的極為N型半導(dǎo)體。

41、圖4-3 三極管示意圖4.3.1 電流放大原理（1）放大條件內(nèi)部條件：e區(qū)摻雜濃度最高，b區(qū)薄，摻雜濃度最底；c區(qū)面積最大。外部條件：發(fā)射結(jié)（e結(jié)）加正向偏置電壓，集電結(jié)（c結(jié)）加反向偏置電壓。電位條件：NPN型：VcVbVe ；PNP型： VcVbVe電壓數(shù)值：UBE：硅0.5-0.8V, 鍺0.1-0.3VUCB：幾伏十幾伏UCE：UCEUCBUBE幾伏十幾伏4.3.2 輸入特性曲線 三極管的輸入特性方程為iB=f(uBE)，uCE=常數(shù)，它是根據(jù)輸入回路寫出來的。實測的某NPN型硅三極管的輸入特性曲線如下圖4-4所示，由圖可見曲線形狀與二極管的伏安特性相類似，不過，它與uCE有關(guān)，uCE

42、=1V的輸入特性曲線比uCE=0V的曲線向右移動了一段距離，即uCE增大曲線向右移，但當uCE1V后，曲線右移距離很小，可以近似認為與uCE=1V時的曲線重合，所以下圖(b)中只畫出兩條曲線，在實際使用中，uCE總是大于1V的。由圖可見，只有uBE大于0.5V(該電壓稱為死區(qū)電壓)后，iB才隨uBE的增大迅速增大，正常工作時管壓降uBE約為0.60.8V，通常取0.7V，稱之為導(dǎo)通電壓uBE(on)。對鍺管，死區(qū)電壓約為0.1V，正常工作時管壓降uBE的值約為0.20.3V，導(dǎo)通電壓uBE(on)0.2V。圖4-4 三極管輸入特性曲線4.3.3 輸出特性曲線 輸出回路的輸出特性方程為：iC=f

43、(uCE)，iB=常數(shù)；晶體三極管的輸出特性曲線分為截止、飽和和放大三個區(qū)，每區(qū)各有其特點：（1）截止區(qū)：IB0，IC=ICEO0，此時兩個PN結(jié)均反向偏置。（2）放大區(qū)：IC=IB+ICEO，此時發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，特性曲線比較平坦且等間距。IC受IB控制，IB一定時，Ic不隨UCE而變化。（3）飽和區(qū)：uCE uBE，uCB= uCEuBE 0 ，此時兩個PN結(jié)均正向偏置，IC不受IB控制，失去放大作用。曲線上升部分uCE很小，uCE= uBE時，達到臨界飽和，深度飽和時，硅管UCE(SAT)=0.3V，鍺管UCE(SAT)=0.1V。圖4-5 三極管輸出特性曲線4.3.4 溫

44、度對特性曲線的影響（1）溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高10C，ICBO約增大 1 倍。（2）溫度升高，輸出特性曲線向上移。溫度每升高 1C，b -(0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。4.3.5 電流放大系數(shù)（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù): （）為直流（交流）電流放大系數(shù)=IC/IB（=iC/iB）。（2）共基極電流放大系數(shù): =/（1+），a 1 一般在0.98 以上。結(jié) 論 本文詳細介紹了應(yīng)用AT89S52單片機控制M-150 II微型打印機實現(xiàn)打印輸出的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計。經(jīng)過測試表明，利用設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)打印，并且能夠通過串口通信實現(xiàn)對打印機輸出的控制，打印結(jié)果正確無誤。通過定義不同的數(shù)組內(nèi)容，可以實現(xiàn)對不同要求和不同內(nèi)容的打印功能。這種基于單片機的微型打印機系統(tǒng)設(shè)計，在保證打印速度和打印效果的前提下，大大地簡化了硬件電路，節(jié)約了成本，可以為使用者提供了種低成本、高可靠性的產(chǎn)品，在出租車計價器票據(jù)實時打印上也得到了廣泛應(yīng)用。致 謝首先感謝我的指導(dǎo)老師熊文老師，從構(gòu)思論文的一開始，他就