采用N32G020核心控制板实现热敏式微型打印机的设计

热敏式微型打印机(又称:微型打印机、微打)是在淡色材料上(通常是纸)覆上一层透明膜,将膜加热一段时间后变成深色(一般是黑色,也有蓝色),图像通过加热,在膜中产生化学反应而生成的,当温度为200℃时,这种反应会在几微秒内完成。
热敏式微型打印机的打印头中带有许多热敏型电阻,主控芯片控制热敏型电阻根据需要进行加热,当热敏打印机接收到打印字符/图片/二维码/一维码后,主控芯片根据位图数据控制打印头中对应的热敏电阻通电,从而加热出有规则的深色点,同时,主控芯片控制步进电机进行精确的滚纸操作,多次加热后,这些规则的深色点最后组成了有效字符/图片。
一.微打部件构成
主要由以下三个部件构成:
图二:部件构成图
app/人机界面(上左):实现人机交互界面,如智能终端app、打印工具软件,用来输入打印数据、排版等操作。
核心控制板(上中):实现打印控制、数据交互、系统控制等处理。
热敏打印头(上右):实现热敏加热、走纸、过热信号输出、缺纸信号输出。
二.微打系统方案
图三:方案框图
微打三个主要部件的工作方式:
首先,通过人机交互『app/人机界面』将命令/数据通过通讯接口发送到『核心控制板』上。
再次,『核心控制板』通过对应的接口接收打印数据,如接收为命令,则进行相应的命令处理;如打印字体格式修改命令、换行命令、字体效果缩放命令等;如接收为打印字符数据,根据字符类型(英文字符/汉字/其他日文/韩文等字符),转换为对应字符内码,通过字符内码从字库数据中定位、读取字符的字模点阵。之后,通过『核心控制板』上的mcu将点阵数据通过spi接口传送给打印头。
最后,打印头接收到点阵数据后,结合mcu控制的加热使能信号进行加热处理,在加热期间,主控mcu会对加热时间、过热检测、缺纸检测进行相应处理,同时由mcu控制电机进行走纸操作,最终实现边打边走纸的效果。
三.n32g020产品的核心控制板硬件参考设计
核心控制板的主要功能是接收上层下发的打印命令/数据,数据转换、发送到打印头、控制打印头加热&电机走纸、按键&led控制。
图四:核心控制板框图
其中较为关注的技术,有以下几点:
1、发送到打印头的是字符的点阵数据,每一个点阵对应到打印头的一个加热点,相当于是打印纸上的像素点,如富士通ftp-628m打印头,其一行像素点为384点,意思是每次可以同时处理384个像素点,每个像素点的宽度约为0.125mm,即一行宽度为0.125mm×384=48mm(实际有效宽度),一般打印纸两边边缘有保留空白10mm,一行总宽为58mm,称为58mm热敏式微型打印机。
2、打印头中的电机通常为4相步进电机,通过4个i/o口控制电机的四相八步,时序的实现是通过timer定时器对i/o口进行翻转操作,最终实现电机走纸。
3、打印头中的发热,是通过打印头中的加热线stb实现,通过i/o口拉高stb就使能加热。
4、在加热前会检测是否缺纸,其原理是打印头内带有光电传感器,是通过光电传感器的光电转化,其位置处于塑胶滚轴下的光电传感器,当纸滚入滚轴后纸会挡住光电传感器的入口孔,阻止光线进入,然后经过光电转化后,打印头最终输出电平值,通过mcu的adc模块对电压进行采样,如电压过低则缺纸,反之有纸(高低电压还需参考周边电路),过热检测,通过adc采电平值,亦是同理。
以下是mcu对打印头的主控制图
图五:打印头控制图
四.主控mcu
微打方案采用n32g020k6/7/8,是国民技术基于arm cortex m0架构的32位低功耗、高性能处理器主控芯片。
图六:n32g020系列k8型号
其主要参数如下:
1) 高达80mhz主频,2kb 指令cache
2) 内置64k/128k/256k可选flash,20k 片内sram,10万次擦写,10年数据保持能力
3) 具有丰富的外设接口,包含2个spi、3个uart、2个i2c、1个iso7816接口、1个无晶振全速usb2.0
4) 集成1个12bit adc 1mbps采样率 最大10通道输入、1个10bit 400kbps dac、2个模拟比较器、最大8通道pwm输出、1个dma 最大8通道
5) 配置5个32位timer、1个32位rtc、1个看门狗、1个24bit systick
6) 内嵌硬件高速加密算法引擎,aes、des、rsa、ecc、sha、crc16及trng随机数发生器
7) 支持swd调试接口、通用的jlink仿真器下载、调试。
8) 支持多模式的低功耗,最低可保持0.1ua以下。
9) 提供完整的sdk和参考设计
该系列产品的spi0支持4线模式,最大20m 时钟,用于快速读取外部spi flash字库数据,dma可用于读取usb接口、uart接口数据,减少cpu的干预,提高系统数据处理性能,直接提高打印机打印速度!
五.方案实物
基于n32g020产品的热敏式微打方案,在鉴于同类微打方案的功能、性能对比之下,有更多特色与优势!
方案实物图,先睹为快:
图七:微打方案实物图
n32g020系列通用mcu芯片,与常规的热敏主控芯片相比,芯片集高性能、低功耗、安全特色(内置硬件存储保护和加、解密算法加速引擎)于一身,在热敏式微型打印机解决方案上,具有绝对优势:
a. 特色:
a) 支持富士通ftp-628 58mm打印头及国产精芯打印头
b) 支持ascii字符、gb2312汉字、条形码、二维码、图片打印
c) 支持esp/pos兼容esc命令的票据打印
d) 支持uart、无驱usb有线打印
e) 支持蓝牙、wifi等无线打印
b. 优势:
a) 业界高性能、低功耗且性价比高的arm cortex m0处理器芯片
b) 无mcu晶振、无usb晶振,节省bom成本
c) 自带内部可控ldo输出,节省成本、降低功耗
d) 打印速度比其他同等打印头方案快20%以上
e) 支持硬件安全级代码保护,防抄板,保护方案
国民技术将深耕物联网mcu领域,以高、中、低全系列化的产品演进路线,为各行业提供高性价比的创新整体解决方案和技术支持服务。针对其他种类微型打印机,公司将陆续推出相应的解决方案和产品,以全覆盖微型打印机市场为目标,为行业提供全方位方案保障。

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