基于77E58的高速行式热敏打印机控制板的研制

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摘要：基于77E58研制了一种高速行式热敏打印机控制板，打印速度为20行汉字／秒。充分利用行式热敏打印头的双缓冲结构，实现了打印头加热和数据传送同步进行，简化了电路设计，提高了打印速度；对打印头的保护采用一种独立于单片机的双重保护电路，提高了对打印头保护的可靠性。介绍了行式热敏打印的原理、高速热敏打印机控制板的硬件和软件设计。

    关键词：热敏打印机 热敏行式打印机 微型打印机 高速

热敏打印机具有噪音低、速度快、可靠性高、打印字符清晰等优点，目前已在ＰＯＳ终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用。热敏打印机根据其热敏元件的排列方式可分为行式热敏(Ｔｈｅｒｍａｌ Ｌｉｎｅ Ｄｏｔ Ｓｙｓｔｅｍ)和列式热敏（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｄｏｔ Ｓｙｓｔｅｍ）。列式热敏属于早期产品，目前主要应用在一些对打印速度要求不高的场合，国内已有作者在其产品中使用。行式热敏属２０世纪９０年代技术，其打印速度比列式热敏快得多，目前最快速度已达到２２０ｍｍ／秒。要实现高速热敏打印，除了选取高速热敏打印头外，还必须有相应的控制板与之配合。由于其进口原装控制板价格昂贵，且有的不支持汉字打印，因此受日本精工代理商的委托，开发了一种基于７７Ｅ５８的高速行式热敏打印机控制板，该控制板具有打印速度快、性能稳定等特点，目前已在中国移动、中国联通、中国电信等１０００多家营业厅的话费清单打印机中得到应用。
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１ 行式热敏打印的原理

行式热敏打印头(ＬＴＰ２３４２)原理框图如图１所示。在一条长７２ｍｍ的基体上均匀安装了５７６个发热元件。打印前将Ｖｐ连到打印机电源，要打印的数据在时钟ＣＬＫ的配合下由ＤＡＴ端移到移位寄存器。当一个点行５７６位数据全部移到移位寄存器后，锁存端(ＬＡＴＣＨ)为低，将移位寄存器的数据锁存到锁存寄存器；然后在数据选通端(ＤＳＴ)产生低电平，此时根据输入的数据是１或０决定发热元件是否发热，从而在热敏纸上产生要打印的点行。行式热敏打印头的控制信号的时序图如图２所示。
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２ 高速行式热敏打印机的实现方法

要实现行式热敏打印机打印的高速化，在设计时必须考虑如下三方面的内容。

（１）选用高速行式热敏打印头

虽然行式热敏打印比列式的速度快，但不同的行式热敏打印头的打印速度差别相当大，从最慢的２０ｍｍ／ｓ到最快的２２０ｍｍ／ｓ。速度的快慢主要取决于打印头的工作电压、发热元件的发热效率、走纸电机的性能以及数据传送方式等。因此要实现高速打印，必须选取高速的热敏打印头，如日本精工(ＳＩＩ)的ＬＴＰ２３４２(７５ｍｍ／ｓ)、ＬＴＰＦ３４７(２２０ｍｍ／ｓ)、日本ＥＰＳＯＮ的５３２(１５０ｍｍ／ｓ)等。
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    （２）选用高速微处理器及快速存储器

热敏打印机控制板的主要功能是接收由主机发来的数据，然后将每一个字符的字形码从内存(ＲＯＭ)中取出，并按照一定格式放入内存?穴ＲＡＭ?雪中的打印点行缓冲区，最后将点行缓冲区的内容送到打印头的移位寄存器中，进行加热打印。打印的汉字采用２４×２４点阵，这样对每一个汉字，就要先由该汉字的机内码计算出存放在ＲＯＭ的地址，再从ＲＯＭ中读取７２次数据，然后计算ＲＡＭ中的地址，往ＲＡＭ中写入７２次数据。对于如此大量的数据存储及转换，必须采用高速的ＣＰＵ和存储时间小的ＲＯＭ及ＲＡＭ，否则将在数据存储及转换上花费大量时间，从而降低打印速度。

（３）先进的控制模式

从热敏打印头的方面看，控制时序是如下进行的：数据传送→数据锁存→打印头加热→走纸，然后开始下一行的传送和打印。数据锁存是瞬间完成的，它的时间可以忽略不计，故对一般的控制模式，打印头的主要时间分配如表１所示。

表1 一般控制模式

第1行打印			第2行打印
数据传送	打印头加热	走纸	数据传送	打印头加热	走纸

对于行式热敏打印机，为了提高打印速度，都采用双缓冲寄存器。因此必须充分利用这个特点，采用先进的控制模式，如表２所示。先进的控制模式就是在打印头加热时，ＣＰＵ完成下一行的数据转换及数据传送。

表2 先进的控制模式

第1行打印			第2行打印
数据传送	打印头加热	走纸	打印头加热	走纸
	CPU进行第2行数据转换及数据传送		CPU进行第3行数据转换及数据传达

以ＬＴＰ２３４２打印头为例比较两种控制模式的打印速度。ＬＴＰ２３４２每一点行为５７６个点。假设数据的传输频率为１ＭＨｚ，每一点行的加热时间为１ｍｓ，走纸电机的驱动频率为１５００ｐｐｓ,这样用一般控制模式，打印每一点行的时间为：０．７６５＋１＋０．６６７＝２．４３ｍｓ，打印速度为４１０点行／秒；用先进的控制模式，打印每一点行的时间为：１＋０．６６７＝１．６６７ｍｓ，打印速度为５９９点行／秒。由此可见，控制模式对打印速度影响很大。

３ 硬件设计

本打印机控制板的硬件总体框图如图３所示。整个电路主要由主控电路、走纸电机控制及打印头状态检测电路、打印头保护电路及头温测量电路组成。

３．１ 主控电路

主控电路由微处理器、ＩＭＰ８１０复位芯片、６２２５６静态存储器、２９Ｃ０４０ＦＬＡＳＨ、ＸＣ９５３６ＣＰＬＤ、Ｍａｘ２３２串行接口芯片组成。

考虑到价格及采购的便易，本控制板采用Ｗｉｎｂｏｎｄ的高速微处理器７７Ｅ５８，７７Ｅ５８的时钟频率为４０ＭＨｚ，每个机器周期为４时钟周期。控制程序、ＡＳＣＩＩ字符的字型码(２４×１２)以及中国移动、中国联通及中国电信的图标存放在７７Ｅ５８的内部３２Ｋ字节的ＦＬＡＳＨ中，３２Ｋ的６２２５６静态存储器主要作为接收数据缓冲区，５１２Ｋ的２９Ｃ０４０存放２４×２４点阵的国标一、二级汉字字库及１～３区的字符。ＸＣ９５３６实现的功能主要有：扩展７７Ｅ５８地址线以访问２９Ｃ０４０、并行接口数据的锁存及控制、部分热敏头控制信号的产生等。

图4 走纸电机控制电路

   

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