基于單片機(jī)的微型打印機(jī)設(shè)計(jì)論文

自從20世紀(jì)70年代問世以后，單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，已對(duì)很多領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的打印機(jī)具有多功能超小體積、可電池供電和便于隨身攜帶的特點(diǎn)。例如GP系列和μP系列打印機(jī)都是點(diǎn)陣式打印機(jī)，因?yàn)榇蛴C(jī)內(nèi)部有一個(gè)單片進(jìn)行打印。微型打印機(jī)可廣泛使用在超市、便利店、餐飲服務(wù)、商場打印票據(jù)本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)打印預(yù)先設(shè)定的漢字和0～9十個(gè)數(shù)字，可以應(yīng)用在食堂、超2設(shè)計(jì)要求(1)支持多種打印命令，命令代碼均為單字節(jié)，格式簡單。(2)可輸出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字、在程序中所設(shè)定的漢字和英文字符。(3)要求簡單實(shí)用、有高可靠性、良好的性能價(jià)格比以及體積小，方便攜帶。本設(shè)計(jì)由微型打印機(jī)、單片機(jī)、鍵盤、液晶顯示器和電源模塊等五部分組成，器；鍵盤用來輸入要打印的信息；顯示器用來顯示所打印的內(nèi)容；電源模塊則為整圖3-1系統(tǒng)框圖4硬件部分設(shè)計(jì)4.1打印機(jī)部分打印機(jī)是一種復(fù)雜而精密的機(jī)械電子裝置，無論哪種打印機(jī)，其結(jié)構(gòu)基本上都字車機(jī)構(gòu)、走紙機(jī)構(gòu)、色帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、墨水(墨粉)供給機(jī)構(gòu)以及硒鼓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等，它們都是打印機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由控制電路統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制；而打印機(jī)的控下面介紹打印機(jī)一般原理：打印機(jī)是小型機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)械部分為執(zhí)行機(jī)打印頭圖4-1打印機(jī)一般原理圖我們可將常用的打印機(jī)分為三種類型：針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)。下(1)針式打印機(jī)的工作原理(2)針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)線圈，定位器，激勵(lì)盤等。簡單的說，打印頭的從驅(qū)動(dòng)電路獲得一個(gè)電流脈沖時(shí)，電磁鐵的帶動(dòng)打印針擊打色帶，在打印紙上打出一個(gè)針式打印機(jī)的種類繁多，型式各異，一般分為打印機(jī)兩大部分。針式打印機(jī)在正常工作時(shí)有三種運(yùn)動(dòng)，即打縱向運(yùn)動(dòng)和打印針的擊針運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)都是由打印機(jī)械裝置主要包括字車與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、打紙機(jī)構(gòu)和打印機(jī)狀態(tài)傳感器，這些機(jī)構(gòu)都為精密機(jī)械①字車與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)字車是打印頭的載體，打印頭通過字車傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橫向左、右移動(dòng)，再由打印針撞擊色帶而印字。字車的動(dòng)力源動(dòng)裝置將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)樽周嚨臋M向移動(dòng)。一般②打印針控制機(jī)構(gòu)打印針是正確打印的關(guān)鍵。打印針控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)打印針的出針③色帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)打印針撞擊色帶，色帶上的印油在打印紙上印出字符或圖形。在打印過程中，打印頭左、右移動(dòng)時(shí)，色帶驅(qū)動(dòng)機(jī)不斷改變色帶被打印針撞擊的部位，保證色帶均壽命，又保證了打印出的字符或圖形顏色均勻。色帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般利用字車電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步齒形帶(如LQ-1600K)或鋼(尼龍)④走紙機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)打印紙的縱向移動(dòng)。當(dāng)打印完一行后，由它走紙換行。走紙方式一般有摩擦走紙、齒輪饋送和壓紙滾筒饋送等⑤打印機(jī)狀態(tài)傳感器對(duì)于不同的打印機(jī)來說，傳感器的設(shè)置情況不同。通常有原是否用完，用完則報(bào)警)、計(jì)時(shí)傳感器(檢測字車的(3)針式打印機(jī)的特點(diǎn)針式打印機(jī)由于采用的是機(jī)械擊打式的打印頭，因此復(fù)寫紙，具備拷貝功能，另外還能打印不限三種打印機(jī)中是最廉價(jià)的一種。其缺點(diǎn)就是體積、重量都低，速度慢，一般無打印彩色圖像功能。適合有專門要求的(1)噴墨打印機(jī)(2)激光打印機(jī)4.1.3微型打印機(jī)(1)微型打印機(jī)的分類89S52是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片",引腳排列請(qǐng)參見下圖4-2: p1.0pi.1p1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.723456789圖4-289S52芯片引腳4.2.1信號(hào)引腳介紹(1)輸入/輸出口線Poo～Po?P?口8位雙向口線P?o～P?7P?口8位雙向口線(2)地址鎖存控制信號(hào)(ALE)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P?口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因?yàn)榭勺鳛橥獠繒r(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。(3)外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)(/PSEN)在讀外部ROM時(shí)/PSEN有效(低電平),以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。(4)訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)(/EA)高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。(6)外接晶體引線端(XTAL和XTAL?)以上就是89S52單片機(jī)芯片40條引腳的定義及簡單功能說明4.2.2信號(hào)引腳的第二功能機(jī)芯片引腳的數(shù)目是40條，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的解決這一問題唯一可行的辦法是“復(fù)用”,即給一些信號(hào)引腳賦予雙重功能。如果我們把前述的信號(hào)定義為引腳第一功能的話(1)EPROM存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)表4-1P?口線的第二功能線第二功能信號(hào)名稱0串行數(shù)據(jù)接收串行數(shù)據(jù)發(fā)送2外部中斷0申請(qǐng)3外部中斷1申請(qǐng)4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入D5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入6外部RAM寫選通7外部RAM讀選通編程脈沖：30腳(ALE//PROG)(2)備用電源引入4.3單片機(jī)與微型打印機(jī)的接口③可產(chǎn)生全部標(biāo)準(zhǔn)的ASCII代碼字符，以及128個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)字符和圖符。有16個(gè)代碼字符(6×7點(diǎn)陣)可由用戶通過程序自行定義。并可通過命(2)接口信號(hào)圖4-3所示)。打印機(jī)有一個(gè)20線扁平表4-2打印機(jī)信號(hào)引腳排列D2插頭圖4-3扁平電纜和插件接口①DBO～DB7:數(shù)據(jù)線，單向傳輸，由單片機(jī)輸入給打印機(jī)。②/STB(STROBE):數(shù)據(jù)選通信號(hào)。在該信號(hào)的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)線上的8位并行數(shù)據(jù)被打印機(jī)讀入機(jī)內(nèi)鎖存。③BUSY:打印機(jī)“忙”狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)有效(高電平)時(shí)，表示打印機(jī)忙于處理數(shù)據(jù)。此時(shí)，單片機(jī)不得使STB信號(hào)有效，向打印機(jī)送入新的數(shù)據(jù)。④/ACK:打印機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。低電平有效，表明打印機(jī)已取走數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)。⑤/ERR:“出錯(cuò)”信號(hào)。送入打印機(jī)的命令格式出錯(cuò)時(shí)，打印機(jī)立即打印一行出錯(cuò)信息提示出錯(cuò)。在打印出錯(cuò)信息之前該信號(hào)線出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖，脈沖寬度為30μs。(3)接口信號(hào)時(shí)序4/ACK時(shí)間不定(不同命令、數(shù)據(jù)而異)圖4-4接口信號(hào)時(shí)序圖(1)字符代碼①打印“$2356.73”輸送代碼串為：24,32,33,35,36,2E,37,33,0D。輸送代碼為：32,33,2E,37,63,6D,9D,OD。輸送代碼串為：54H,68H,69H,73H,20H,69H,73H,20H,4DH,69H,63H,72H,6FH,2DH,70H,72H,69H,6EH,74H,65H,7(2)打印命令打印字符、圖等，增寬(×1、×2、×3、×4)打印字符、圖等，增高(×1、×2、×3、×4)打印字符、圖等，寬和高同時(shí)增加(×1、×2、×3、×4)水平(制表)跳區(qū)一個(gè)空格后回車換行回車換行/命令結(jié)束(3)命令非法時(shí)的出錯(cuò)顯示當(dāng)主機(jī)向TPμP-40A輸入非法命令時(shí)，打印機(jī)即打印出錯(cuò)代碼。其意義為：ERROR0:放大系數(shù)出界，即放大倍數(shù)是1,2,3和4以外的數(shù)字。此錯(cuò)誤出現(xiàn)ERROR2:非法換碼命令。換碼命令只能用10H～1FH去代換駐留字符代碼，否則為非法。4.3.3TPμP-40A與MCS-51單片機(jī)接口設(shè)計(jì)TPμP-40A是智能打印機(jī)，其控制電路由單片機(jī)構(gòu)成，在輸入電路中有鎖存器，在輸出電路中有三態(tài)門控制。因此可以不通過I/O口直接與單片應(yīng)用系統(tǒng)的總線連接，即打印機(jī)的數(shù)據(jù)線可以以外部I/O口的形式與MCS-51系列單片機(jī)的PO口相連。如圖4-5所示：TPμP-40A沒有讀、寫信號(hào)線，只有一對(duì)握手線/STB、BUSY,因此，用一根地址線(使用P2.7)來控制讀寫信號(hào)選通/STB和讀取打印機(jī)的BUSY狀態(tài)7。97532圖4-5單片機(jī)和微型打印機(jī)的接口4.4單片機(jī)與液晶顯示器的接口4.4.1液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器HD61202的特點(diǎn)(1)內(nèi)藏64×64=4096位顯示RAM,RAM每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮暗狀(2)HD61202是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出；(3)HD61202讀、寫操作時(shí)序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微表4-4與微處理器的接口信號(hào)引腳功能引腳符號(hào)引腳名稱功能芯片片選端CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選E讀寫使能信號(hào)在E下降沿，數(shù)據(jù)被鎖存(寫)入HD61202;在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出讀寫選擇信號(hào)數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào)數(shù)據(jù)總線復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，關(guān)閉液晶顯示，使顯示起始(4)HD61202的占空比為1/32--1/64。HD61202的與各種器件信號(hào)的引腳功能如表4-4,表4-5,表4-6所示：表4-5與HD61203接口信號(hào)引腳功能M交流驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)幀同步信號(hào)鎖存行顯示數(shù)據(jù)的同步信號(hào)該信號(hào)上升沿時(shí)鎖存數(shù)據(jù)，同時(shí)改變顯示輸出地址內(nèi)部操作時(shí)鐘信號(hào)表4-6與LCD接口信號(hào)引腳功能液晶顯示驅(qū)動(dòng)端內(nèi)部邏輯電源液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路的電源常令VEE1=VEE2液晶顯示驅(qū)動(dòng)電壓其電壓值均在VCC和VEE之間，常令VIL=V1R,V2L=V2R,V3L=V3R,V4決定Y1-Y64與液晶屏的連接順序該引腳直接接VCC或GND即可4.4.3液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器HD61202的指令系統(tǒng)001l111(2)顯示起始行(ROW)設(shè)置指令11顯示起始行(0-63)該指令設(shè)置了對(duì)應(yīng)液晶屏最上一行的顯示RAM的行號(hào)，有規(guī)律的改變顯示起表4-9頁設(shè)置指令10111頁號(hào)(0-7)表4-10地址設(shè)置指令0001顯示列地址(0-63)設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個(gè)單元，這樣MCU(5)讀狀態(tài)指令表4-11讀狀態(tài)指令00000-正常狀態(tài)在BUSY和REST狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其它指令不對(duì)用。在對(duì)HD61202操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可以對(duì)HD61202進(jìn)行(6)寫數(shù)據(jù)指令表4-12寫數(shù)據(jù)指令0寫數(shù)據(jù)(7)數(shù)據(jù)指令表4-13數(shù)據(jù)指令各種同步信號(hào)，比較簡單。下面主要介紹以下HY12864這個(gè)模塊的邏輯電路圖。HY-12864共有兩片HD61202和一片HD61203,如下圖4-6所示：振振蕩電路64列64列64列控制同步脈沖圖4-6邏輯電路圖13E12864接口電位器不2圖4-7接口電路原理圖的讀寫使能端，高電平時(shí)數(shù)據(jù)被讀出，下降沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存即寫入列驅(qū)動(dòng)器；P2.34.5鍵盤部分圖4-8鍵盤接口電路圖d排除多鍵、串鍵(復(fù)按)及去抖動(dòng)。b使用通用接口芯片(例如8255、8155等)/專用接口芯片8279(1)鍵盤接口處理內(nèi)容被按下(閉合鍵)以及被按鍵的位置，可使用兩種方法：6口輸入圖4-9鍵掃描法示意圖在鍵盤矩陣中有鍵按下時(shí)，被按鍵處的行線和列線被接通，使穿過閉合鍵的那條行先使輸出口輸出OEH,然后輸入行線狀態(tài)，測試行線狀態(tài)中是否有低電平(圖4-9(a))。如果沒有低電平，再使輸出口輸出ODH,再測試行線狀態(tài)(圖4-9(b))。到輸出口輸出0BH時(shí)，行線中有狀態(tài)為低電平者，則閉合鍵找到(圖4-9(c)),通過此次掃描的行線值和列線值就可以知道閉合鍵的位置。至此行掃描似乎可以結(jié)束，但②去抖動(dòng)在觸點(diǎn)閉合或斷開的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)，如圖4-10所示。抖動(dòng)時(shí)間長短與鍵的機(jī)前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)圖4-10鍵閉合和斷開時(shí)的電壓抖動(dòng)③鍵碼計(jì)算被按鍵確定下來之后，接下來的工作是計(jì)算閉合鍵的鍵碼，因?yàn)橛辛随I碼，才能通過散轉(zhuǎn)指令把程序執(zhí)行轉(zhuǎn)到閉合鍵所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序上去。也可以直接使用該閉合鍵的行列值組合產(chǎn)生鍵碼，但這樣做會(huì)使各子程序的入口地址比較散亂，這樣安排，使鍵碼既可以根據(jù)行號(hào)列號(hào)以查表求得，也可以通過計(jì)算得到。按圖4-11所示的鍵碼編排規(guī)律，各行的首號(hào)依次是00H,04H,08H,OCH,如列號(hào)按0~3順序，則鍵碼的計(jì)算公式為：鍵碼=行首號(hào)+列號(hào)(2)鍵盤接口的控制方式(3)鍵處理子程序4.6電源模塊設(shè)計(jì)m圖4-12電源電路圖4.6.2直流穩(wěn)壓電源的檢測意義。為了提高穩(wěn)定性，單片機(jī)的允許電壓變化范圍很寬。通常單片機(jī)使用5V電能力強(qiáng)，以滿足主控系統(tǒng)和微型打印機(jī)的要求。數(shù)字萬用表對(duì)穩(wěn)壓電源的測試結(jié)果，如表4-14所示：表4-14電壓測試輸入級(jí)(原)MC7812輸出輸出級(jí)220V交流電壓5軟件部分根據(jù)程序設(shè)計(jì)步驟流程圖(圖5-1),準(zhǔn)備本次設(shè)計(jì)所需要的整體流程圖和部分流程圖。NYNYNYYNY圖5-1程序設(shè)計(jì)步驟流程圖5.1程序設(shè)計(jì)整體流程圖通過對(duì)本設(shè)計(jì)的了解，可以知道軟件的主要作用是通過單片機(jī)來控制打印機(jī)、鍵盤、液晶顯示器三個(gè)外接設(shè)備。當(dāng)數(shù)據(jù)選通信號(hào)STB為上升沿時(shí)，單片機(jī)上的8位并行數(shù)據(jù)寫入到打印機(jī)內(nèi)鎖存；忙判斷信號(hào)BUSY為高電平時(shí)，此時(shí)，單片機(jī)不能向打印機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)打印機(jī)忙時(shí)，調(diào)用顯示，使液晶顯示屏