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基于上海航芯ACM32F403熱敏打印機(jī)設(shè)計(jì)方案

科技綠洲 ? 來源:上海航芯 ? 作者:上海航芯 ? 2022-04-08 16:46 ? 次閱讀

隨著電子信息化、自動(dòng)化程度提高,條碼識(shí)別技術(shù)的發(fā)展,熱敏打印機(jī)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大,已從傳統(tǒng)的辦公和家庭傳真文檔,快速向商業(yè)零售、工業(yè)制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、物流、金融、彩票、醫(yī)療、教育等新興專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

本文將為大家介紹基于上海航芯ACM32F403的熱敏打印機(jī)設(shè)計(jì)方案。

打印原理

熱敏打印機(jī)的原理是,在介質(zhì)基底上(通常是紙)覆上一層熱敏材料,將熱敏材料加熱一段時(shí)間后變成深色(一般是黑色,也有藍(lán)色)。這種化學(xué)反應(yīng)是在一定的溫度下進(jìn)行的。高溫會(huì)加速這種化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)溫度低于60℃時(shí),熱敏材料需要經(jīng)過相當(dāng)長,甚至長達(dá)幾年的時(shí)間才能變成深色;而當(dāng)溫度為200℃時(shí),這種反應(yīng)會(huì)在幾微秒內(nèi)完成。

熱敏打印機(jī)有選擇地在熱敏紙的確定位置上加熱,由此就產(chǎn)生了相應(yīng)的圖形。加熱是由與熱敏材料相接觸的打印頭上的一個(gè)小電子加熱器提供的。加熱器排成方點(diǎn)或條的形式由打印機(jī)進(jìn)行邏輯控制,當(dāng)被驅(qū)動(dòng)時(shí),就在熱敏紙上產(chǎn)生一個(gè)與加熱元素相應(yīng)的圖形。控制加熱元素的同一邏輯電路,同時(shí)也控制著進(jìn)紙,因而能在整個(gè)標(biāo)簽或紙張上印出圖形。

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圖1. 熱敏打印機(jī)的原理

使用芯片

本文描述的熱敏打印機(jī)方案,是基于上海航芯ACM32F403系列的MCU進(jìn)行設(shè)計(jì)。

ACM32F403芯片采用高性能內(nèi)核,支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片內(nèi)核支持一整套DSP指令用于數(shù)字信號(hào)處理,支持單精度FPU處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù),同時(shí)還支持Memory Protection Unit(MPU)用于提升應(yīng)用的安全性。

ACM32F403系列芯片最高工作頻率可達(dá)180MHz,內(nèi)嵌數(shù)學(xué)硬件加速,內(nèi)置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM。芯片集成了一個(gè)12位多通道2M sps高精度ADC、一個(gè)12位2通道的DAC、多達(dá)3路運(yùn)放、2路比較器,集成了1個(gè)高級(jí)定時(shí)器,6個(gè)通用16位定時(shí)器,1個(gè)通用32位定時(shí)器,2個(gè)基本16位定時(shí)器,1個(gè)系統(tǒng)看門狗,1個(gè)獨(dú)立看門狗,一個(gè)低功耗的實(shí)時(shí)鐘(RTC),內(nèi)置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等豐富的通訊外設(shè),內(nèi)建AES、CRC、TRNG等算法模塊。

方案特點(diǎn)

?支持藍(lán)牙、USB、UART等多種通訊接口的打印方式

?支持無任務(wù)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入斷電模式,續(xù)航時(shí)間更長

?支持打印高溫、缺紙和低電量報(bào)警

?SPI FLASH存放字庫,支持在線更新字庫,可調(diào)整字體、大小、粗細(xì)等

?支持MCU和BLE芯片固件在線升級(jí)

設(shè)計(jì)方案

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圖2. 基于ACM32F403熱敏打印機(jī)設(shè)計(jì)方案框圖

功能介紹

1.1多接口打印流程

本方案可以通過UART、USB和藍(lán)牙接口接收數(shù)據(jù),并通過ACM32F403芯片的Timer,GPIO,ADC、SPI等模塊進(jìn)行熱敏打印機(jī)頭的打印工作。

具體流程如下:

1)通過UART、USB和藍(lán)牙接口接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)需要通過GBK碼的方式發(fā)送,并存儲(chǔ)到芯片內(nèi)部;

2)將每個(gè)字的GBK碼,通過SPI接口查詢到SPI FLASH上字庫中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),并傳輸?shù)酱蛴uffer中;

3)芯片通過Timer來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度和打印機(jī)頭加熱的時(shí)間,通過GPIO來控制加熱使能和控制步進(jìn)電機(jī)的前進(jìn)和后退,ADC來檢測打印機(jī)溫度,最終完成打印工作。

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圖3. 多接口打印流程

1.2 字庫更新流程

本方案內(nèi)部firmware實(shí)現(xiàn)了一個(gè)UART接收數(shù)據(jù),SPI下載數(shù)據(jù)的系統(tǒng),采用類似7816 T=1的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸,將字庫的BIN文件下載到SPI FLASH中,以實(shí)現(xiàn)字庫的下載和更新。因?yàn)槠釹PI FLASH大小的原因,默認(rèn)只支持24*24大小的字體打印,如果更換字體,需要重新下載字庫文件。

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圖4. 字庫下載流程

本方案支持字庫的更新,可以調(diào)節(jié)打印字體的字體、大小,粗細(xì)等參數(shù)。字庫更新后需要修改firmware代碼,以實(shí)現(xiàn)不同字體的打印。

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圖5. 字體設(shè)置參數(shù)

1.3 字庫調(diào)用流程

本方案中的SPI FLASH中能存放字體大小為16*16或24*24的字庫,并且有完整的配套firmware代碼。

具體字庫調(diào)用流程如下:

1)從UART、USB或BLE接口接收需要打印文字的GBK碼;

2)根據(jù)GBK碼計(jì)算出該文字在字庫中的內(nèi)碼;

3)通過SPI接口讀取字庫中內(nèi)碼的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度根據(jù)字體大小來定;

4)將讀出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱蛴C(jī)頭,完成打印。

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圖6. 字庫調(diào)用流程

1.4 數(shù)據(jù)打印流程

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圖7. 數(shù)據(jù)打印軟件流程

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圖8. 打印機(jī)芯和步進(jìn)電機(jī)原理圖

數(shù)據(jù)打印流程:

1)打印機(jī)開機(jī)流程;

2)將打印數(shù)據(jù)通過SPI接口傳輸?shù)酱蛴C(jī)緩存;

3)判斷是否是第一行,如果是打開電機(jī)Timer,并前進(jìn)一步;

4)判斷是否是最后一行或者是否缺紙,如果是進(jìn)入打印機(jī)關(guān)機(jī)流程;

5)開始加熱,打開加熱Timer,并等待加熱完成;

6)循環(huán)2)~5),直到打印完畢。

打印機(jī)開機(jī)流程:

1)將打印機(jī)DST(選通脈沖)信號(hào)設(shè)為低電平;

2)將打印機(jī)LATCH(數(shù)據(jù)鎖存)信號(hào)設(shè)為高電平;

3)打開熱敏頭邏輯電源

4)打開熱敏頭加熱電源;

打印機(jī)關(guān)機(jī)流程:

1)停止加熱Timer;

2)關(guān)閉熱敏頭加熱電源;

3)將打印機(jī)DST(選通脈沖)信號(hào)設(shè)為低電平;

4)將打印機(jī)LATCH(數(shù)據(jù)鎖存)信號(hào)設(shè)為高電平;

5)關(guān)閉熱敏頭邏輯電源。

1.5 電源控制系統(tǒng)介紹

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圖9. 電源控制系統(tǒng)介紹

1)供電:系統(tǒng)采用單節(jié)鋰電池4.2V或者USB 5V供電;

2)異常:當(dāng)MCU內(nèi)部程序跑飛/死機(jī)時(shí),首先可以按下SW1復(fù)位MCU,再不行可以按住正常開/關(guān)機(jī)鍵,再插入U(xiǎn)SB線使MCU復(fù)位;

3)開機(jī):系統(tǒng)未通電時(shí),按住開/關(guān)機(jī)鍵,此時(shí)MCU上電,MCU開始從eFlash啟動(dòng),初始化成功后將POWER_ON/OFF信號(hào)置高,雙色燈中的綠燈點(diǎn)亮(InitPass_常亮、內(nèi)部鋰電池充電滿_常亮),若初始化失敗或檢測到異常/錯(cuò)誤(比如電池電量低,外設(shè)初始化失敗、通信不正常等),將雙色燈中的紅燈點(diǎn)亮(Err1_常亮、Err2_1s閃、Err3_快閃);

4)關(guān)機(jī):系統(tǒng)通電時(shí),按住開/關(guān)機(jī)鍵,Power_Check引腳會(huì)檢測到一個(gè)下降沿,并且接著會(huì)有持續(xù)的低電平,松開按鍵后,再將電源控制信號(hào)拉低;

5)正常關(guān)機(jī)的順序是:先滅燈,然后斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和外設(shè)電源,再斷MCU電源;

6)PB1為開/關(guān)機(jī)按鍵與系統(tǒng)喚醒鍵,SW1為系統(tǒng)喚醒按鍵與復(fù)位鍵,通常情況,用戶按一下是要喚醒系統(tǒng),長按是正常開關(guān)機(jī);

7)沒有打印任務(wù)時(shí),需要關(guān)閉電機(jī)電源和外設(shè)電源,來節(jié)省鋰電池電量;所以系統(tǒng)經(jīng)過定時(shí)進(jìn)入待機(jī)前,MCU關(guān)閉電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源/外設(shè)電源后,進(jìn)入待機(jī)。

審核編輯:彭菁
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