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热敏打印机
格致微芯58mm 热敏打印机解决方案
发布日期：2014/4/12
58mm热敏打印机解决方案
目 录
微型打印机整机主要是指宽度小于 84mm 的微型打印机，包括POS 打印机（商业PO S、金融 POS ）、税控打印机、 ATM 、 ECR 、 KIOSK 等设备的内置或外挂式微型打印机 ， 微打印机广泛使用在各个行业 ， 例如金融业 、 零售业 、 餐饮业 、 彩票业 、 交通运输行业 （ 包出租车 、 航空机票 、 路桥收费等 ） 、 加油站 、 医疗卫生 、 邮政 、 公用事业抄表 、 移动警务统、移动政务系统等等。
微型打印机分为很多种类 ， 从打印方式分类 ， 可分为针式微型打印机 、 热敏微型打印机热转印微型打印机等 。 针式微打采用的打印方式是打印针撞击色带 ， 将色带的油墨印在打纸上 ， 热敏的方式是用加热的方式使涂在打印纸上的热敏介质变色 ， 热转印是将碳带上的粉通过加热的方式印在打印纸上 。
热敏打印机 由于 打印速度快，噪音小，打印头很少出现机械损耗，并且不需要色带 ， 免了更换色带的麻烦 等优点，成为目前市场占有率最高的打印机品种。
格致微芯科技专注于热敏打印机控制，提供一整套完整的热敏打印机方案。
图 1.1 微型打印机应用领域
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项目 |
参数 |
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打印机芯 |
富士通FTP628,以及与之兼容的机芯 |
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电源 |
12V DC， 3A |
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打印速度 |
62.5 mm/s |
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打印宽度 |
58mm |
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字符支持 |
标准 ASCII(12×24)、GB13000宋体大字库(24×24) |
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条码支持类型 |
Code128 |
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语言支持 |
支持多国语言（支持多达16个国家语言） |
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图形处理 |
位图下载 |
直接位图打印 |
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位图模式 |
可实现快速图形打印 |
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打印指令 |
兼容ESC/POS指令，以及通用指令 |
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蜂鸣器控制 |
有 |
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钱箱接口 |
可控制1～2路钱箱 |
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通讯接口 |
并口、串口、USB、网口 |
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表 1.1 格致微芯58mm热敏打印机功能介绍
微型热敏打印机主要由热敏打印头及其外围电路，主控制器（ MCU ）电路，电源供电，通讯接口电路以及人机交互五大部分组成。
图 1.2 打印机方案框图
热敏打印头 FTP-628 的框图如图所示。该热敏打印头点结构为 384 点 / 行，水平方向点度为 8 点 /mm ，垂直方向行间距： 8 点 /mm 。有效打印宽度 48 mm 。打印速度最大为 62.5mm/s。
图 1.3 FTP628框图
当接通热敏打印机电源 (+12 V) ，供电模块输出 + 3.3 V 用于所有控制电路，还输出用于头加热印字的 + 8 V 电压 ， 将其与打印头 VH 相连 。 在时钟 CLK 的配合下 ， 打印数据经输入 DI 引脚移入热敏打印头内部的移位寄存器中 。 当 CPU 将一行 384 位数据全部移入寄存器后 ， CPU 将热敏打印头内部锁存端 LAT 置为低电平 ， 移位寄存器的数据被锁存存器 ； 然后 CPU 将热敏头加热控制信号 STB 置为高电平 ， 此时根据 384 点输入的数据或 0 决定发热元件是否发热，由此在热敏纸上产生要打印的点行。
一点行加热完成后，控制步进马达走纸一点行，然后在新的一行加热需要加热的点。如此类推，打印的点组成图片或文字。
本方案使用富士通 FTP-628 打印头，FTP-628 打印头主要由步进电机、加热板、过热检测、缺纸检测等模块组成。
MCU 通过控制步进电机，来实现走纸 ；
MCU 通过输入的数据是 l 或 0 决定发热元件是发热，由此在热敏纸上产生要打印的点行；
MCU 通过 ADC 检测热敏电阻值来判断是否动过热保护；
MCU 通过检测缺纸光耦输出来判断是否有纸。
图 1.4 打印机芯
图 1.5 打印头硬件外围设计
图 1.6 GD32 MCU
MCU 选用GD32F103C8T6, GIGA DEVICE公司基于 ARM CORTEX M3 架构的 32 位处理器，主要参数下：
(1) 72M 系统主频
(2) 64KB FLASH ， 20KB SRAM
(3) 2 个 SPI, 3 个 UART, 2 个 I2C
(4) 3 个 32 位定时器
(5) 2个10 通道 12bit ADC ，采样频率为 1M
(6) GPIO最多可达37 个
(7) 集成 USB DEVICE
(8) 支持 DMA 数据传输
(9) 支持 JTAG 和 SWD 调试
(10) 48 -pin LQFP 封装
该 MCU 串口通讯，支持DMA模式，用于高速串口通讯，MCU无需频繁进入串口中断服务程序，MCU资源占用少； SPI 的速度最达 25M， 所以字库可以使用 IO 较少 SPI FLASH ， 而没有速度的顾虑 ； GPIO 的速度快 ，所以即使用 IO 来实现串行时序， 往打印头送数据，速度也是非常快； 内部 的ADC，可用于打印头温度检测； 20K 的 SRAM ，即使是图形打印方式需要较大数据缓冲，也不需要要扩展 SRAM ；集成 USB DEVICE ，与 PC 通讯，简单、快速。
电源供电电路分为 3 部分。
第 1 部分， 12V DC，用于给钱箱供电。
第 2 部分， 8V DC，用于给打印头供电。
第 3 部分， 3.3V DC，用于给 MCU ，以及系统逻辑供电。
由于钱箱需要 12V 以上 DC，接入电源一般选用 12V 3A DC 电源。
12V 电源输入，分成 3 路 。 1 路直接驱动钱箱； 1 路通过 DC — DC 芯片，转换成 8V ，给打印头供电； 1 路通过 DC — DC ，转换成 3.3V ，给 MCU 以及系统逻辑供电。
由于打印头的瞬间电流很大，在加热与走纸工作时最大电流最高可达 2.5A ，因此我们
在选 DC — DC 时非常谨慎。经过多番考虑，我们最终选用了 TI 公司的 TPS54331, 该芯片输出电流可达 3A 。
图 1.7 打印机电源系统框图
本方案实现了串口，并口， USB 口三种通讯方式。
串口即RS232，引脚定义与外形如图 1.8所示。
本方案串口通讯使用硬件流控，最大波特率可达 115200，使用硬件流控时，请注意：在端口属性设置里，需要选择 硬件 。如果没有流控功能，在图形打印等大数据量应用时 ， 由于打印机的处理跟不上 PC 发送数据的速度而造成数据丢失。
图 1.9 串口流控设置
并口引脚定义与外形如下图与表。
图 1.10 并口
表 1.2 并口引脚定义
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引脚 |
功能 |
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1 |
选通 (STROBE低电平有效) |
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2 |
数据位0 (DATAO) |
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3 |
数据位1 (DATA1) |
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4 |
数据位2 (DATA2) |
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5 |
数据位3(DATA3) |
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6 |
数据位4 (DATA4) |
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7 |
数据位5 (DATA5) |
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8 |
数据位6 (DATA6) |
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9 |
数据位7 (DATA7) |
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10 |
确认 (ACKNLG低电平有效) |
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11 |
忙 (BUSY) |
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12 |
缺纸 (PE) |
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13 |
选择 (SLCT) |
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14 |
自动换行 (AUTOFEED低电平有效) |
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15 |
错误(ERROR低电平有效) |
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16 |
初始化(INIT低电平有效) |
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17 |
选择输入 (SLCTIN低电平有效) |
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18-25 |
信号地(GND) |
图 1.11 USB接口
本方案 USB 通讯遵循 USB PRINTER CLASS 协议，无需驱动，即插即用。
USB PRINTER 使用的简单流程如下：
1. 接通电源，将我们的打印机主板的 USB 接口与 PC USB 相连。
2. 当第一次插入时， PC 会提示 ” 发现新硬件 ” ， 然后枚举成为 USB PRINTER 。
如果枚举成功，我可以在 PC 的设备管理器里，发现枚举成功的 USB PRINTING
SUPPORT 。
图 1.12 枚举成为USB PRINTER
3. 在打印驱动程序的端口选项里选择 USB PRINTER ，如 图 13 所示。
图 1.13 打印驱动程序端口选择
4. 完成上述步骤，就可以随意打印了。
UI 是 USER INTERFACE 的简称，是指人机交互接口。
在本方案中，具体为 按键、 LED 指示灯、钱箱、蜂鸣器等。
按键，用于手动控制马达走纸。
蜂鸣器，用于报警提示。
LED 指示灯，提示打印机状态信息。
钱箱控制，用于钱箱的开关。
本方案软件分为如下几大模块
1. 通讯处理，包括 UART, 并口， USB 三种通讯方式。
2. 字库 SPI FLASH 驱动，用于从 SPI FLASH 中读取字库数据
3. 打印头驱动控制 ， 包括往打印头输送并所存数据 ， 步进马达控制 ， 打印头温度检测 ，缺纸检测四大部分。
4. 打印指令处理
图 14 打印机软件处理流程
如果您对我们的方案感兴趣，可以联系我们的业务咨询，索取原理图， BOM 清单，或详谈项目事宜。