基于单片机的微型打印机控制系统设计毕业论文设计40论文41.docx

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基于单片机的微型打印机控制系统设计毕业论文设计40论文41

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二○○九届学生毕业论文（设计）存档编号：

毕业论文（设计）

论文题目基于单片机的微型打印机控制系统设计

（英文）TheDesignOfMicro-PrinterControlSystemBasedOnSCM

学院物理与信息工程学院

专业电气信息类

姓名

学号

指导教师

2009年5月26日

基于单片机的微型打印机控制系统设计

TheDesignOfMicro-PrinterControlSystemBasedOnSCM

学生：

魏玮，物理与信息工程学院（系）

指导老师：

丁建军，江汉大学

摘要

由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展，从而普遍应用到微型打印机中。

本设计主要研究基于MCS-51单片机的微型打印机控制系统的设计方法。

该设计中接口控制系统通过单片机串口连接到XLF微型打印机上，中间通过MC1489进行从RS-232C到TTL的电平转换，实现接口系统的智能控制。

以系统执行程序存贮器中的程序，控制电机带动滑槽轮及蜗杆转动，使打印机的机头滑架左右移动，从而不断改变同一点行上的打点位置。

在方波变化时刻使打印机的相应打针进行冲打，完成打印任务为接口系统的控制方法逐步实现基于MCS-51单片机的XLF微型打印机的控制系统的设计。

关键词

接口;控制系统;微型打印机;单片机

Abstract

Hasasimpleandpracticalasaresultofsingle-chip,varioustechnicalfieldstherapiddevelopment,whichgenerallyappliedtothemicro-printer.BasedonthedesignofthemainresearchoftheMCS-51single-chipmicro-printercontrolsystemdesignmethod.

Thecontrolsysteminterfacedesignthroughthesingle-chipmicro-serialporttoconnecttoprintersontheXLF,MC1489conductedthroughthemiddlefromtheRS-232CtoTTLlevelconversion,therealizationofintelligentcontrolsysteminterface.Implementationofprocedurestosystemmemoryintheprocess,controlslidemotordrivenrotatingwheelandtheworm,sothattheprinterandaboutthenoseslidingmovement,therebychangingthesamepointlineonthelocationoftheRBI.Square-wavechangesintimesothattheprintercorrespondingtoredinjectionstofighttocompletetheprintingtaskforthecontrolinterfacesystembasedontheprogressiverealizationoftheMCS-51single-chipmicro-XLFprintercontrolsystemdesign.

Keywords

interface;controlsystem;micro-printer;single-chip

第1章绪论

1.1设计背景及目的

微型打印机广泛应用在各个行业，比如仪器仪表、超级市场、便利店、邮政、银行、烟草专卖、公用事业抄表、移动警务系统、移动政务系统等等。

现在市面上有很多中微型打印机，各自都有自己的适用范围。

分类也不尽清晰，从用途分类：

专用微型打印机，通用微型打印机；从打印方式分类：

针式微型打印机，热敏微型打印机、热转印微型打印机等；从数据传输方式分类：

无线微型打印机和有线微型打印机；从接口类型分类,则有并口和串口两大类,其中串口类又可分为RS232C、RS485、USB及无线接口、红外线接口等。

由于单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展，从而普遍应用到微型打印机中。

基于单片机的控制系统的实现方法不计其数，本设计主要研究基于MCS-51单片机的微型打印机控制系统的设计方法，从而通过设计接口的控制系统进一步学习MCS-51单片机的原理，提高汇编语言和C语言的编写能力，实践单片机在实际中的应用以及微型打印机的构造和工作原理，最终达到巩固并提高自己的基本知识、基础理论和基本技能。

1.2国内外研究现状

打印机是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上,其产量约占计算机外设的20%。

HP（惠普）、Epson（爱普生）、Canon佳能、Samsung（三星）是打印机的国际著名品牌。

同时，中国已成为世界打印机产品的重要生产国。

中国打印机在产量和进出口上都表现良好的势头。

然而，在全球产业分工体系中，中国境内的打印机企业基本上都是从事组装生产，处于产业链的末端，高技术含量和高附加值环节均由发达国家掌握。

在打印机元器件方面，打印机的核心部件如喷墨头及引擎、激光鼓及重要的元器件基本全部从国外进口，其他外围部件多在中国加工完成。

在中国组装加工完成后的打印机产品主要出口，中国市场需求的各种打印机主要依靠再进口。

在打印机耗材方面，中国通用耗材的生产已经颇具规模，国内耗材的主要生产企业多以OEM方式将产品大量外销，并接受委托生产等等，这些也是不可忽视的，因此，中国打印机行业发展的当务之急就是提高发展中国打印机的技术水平，与世界先进技术同步。

　　随着科技的不断进步，打印机的发展也是日新月异。

打印机发展趋势呈现出高端市场网络化彩色化、中端市场彩色商务需求凸显、低端市场更看重使用成本的状态。

随着中国经济的不断向前发展，人们生活水平也不断提高，各类打印机与人们的生活越来越密切，中国正处在一个快速发展阶段，相信打印机在中国有着广阔的市场发展空间。

当然，微型打印机也随即成为方便、快捷的产品之一，广泛使用在各个行业，比如仪器仪表、超级市场、便利店、邮政、银行、公用事业抄表、移动警务系统、移动政务系统等等。

与其他类型的打印机不同，微型打印机目前正处于市场的成长期，而且这个成长期将会持续比较长的时间，目前的市场情况还远未达到市场成熟期。

主要表现在以下几方面：

微型打印机核心技术掌握在国外厂商手中。

微型打印机的机芯是打印输出核心器件，是成本最高、技术含量也比较高、制造加工工艺要求非常复杂的关键部件。

目前，国内品牌的微型打印机使用的机芯全部为海外采购，机芯采购成本是影响其产品成本的关键因素。

有无关键成本控制能力、有无微型打印机的机芯本土生产能力，将左右中国微型打印机的发展，这是微型打印机行业的关键竞争要素。

微型打印机器的利润情况较好。

与激光打印机和喷墨打印机一样，微型打印机的利润也在下降，但下降的幅度不大，因为它的专业性，以及必须与解决方案一起销售的特殊性，决定了它的利润情况要好于激光打印机和喷墨打印机市场，这就意味着微型打印机市场的成长期将会持续比较长的时间。

在国内外，便携式微型打印机已在手持终端抄表系统中得到广泛应用，采用了便携式微型打印机的系统可以在抄表的同时打印出缴费通知单。

通过这种方法，可以提高资金回笼速度，也可以节省投递成本，并且基本可以完全使用以前的手持终端抄表系统而不需改造。

目前这种方式在国外已经有大规模的应用，日本的自来水公司很多都已经采用了这种方法。

国内也有部分城市开始使用便携式微型打印机来打印缴费通知单，如杭州燃气公司、宁波自来水公司，都取得了不错的效果。

在微型打印机种多分类中微型针式打印机在打印机历史的很长一段时间上曾经占有着重要的地位，国内很早就有用Epson打印头（打印机芯）生产的产品。

针打有个好处就是打印的单据可以长时间保存，当然，你选购的色带上的油墨必须质量好，所以很多便利店中所用的微打都是针打，并且因为针式打印头控制简单，可以采用比较便宜的控制板方案来生产，所以比较便宜。

但是针打也有很多缺点：

噪音大，打印速度慢、打印头损耗快，需要经常更换色带，因为其原理的关系，这些是不可克服的。

而单片机因为简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点在微型打印机中也应用得十分广泛，例如TP系列、UP系列打印机等，对它们的控制技术也较为成熟。

但是近年来随着通用打印机的广泛使用，微型打印机的缺点也日益明显：

一是通用性及互换性不强；二是打印输出文档的幅面过小，不便于装订及存档。

而通用打印机都配有国际标准并行接口（CENTRONICS）和串行接口（RS232422），纸张大小可任意选择。

这些特点是微型打印机所无法抗衡的。

因此在越来越多的单片机应用系统中逐渐趋向于使用通用打印机作为打印输出设备。

随着信息化、电算化的发展，随着各个行业市场竞争的加剧，基于单片机的微型打印机的应用领域和用户规模会逐渐扩大。

1.3设计的研究方法

收集整理大量与设计有关的文献资料进行阅读，进一步学习MCS-51单片机的工作原理及应用实例，了解针式微型打印机的基本技术指标、主要技术元件、模块功能电路、接口实现方法等。

通过学习成型的相关设计，提出控制系统初步的实现方法，根据要求选择合适的元器件，设计模块电路，编写控制程序。

逐步完成系统设计的同时，检查接口控制系统，完善并实现控制。

1.4设计的研究内容

该设计为基于单片机的接口控制，从单片机出发，执行程序存贮器中的程序，控制电机带动滑槽轮及蜗杆转动，使打印机的机头滑架左右移动，从而不断改变同一点行上的打点位置。

蜗杆的转动一方面通过凸轮带动走纸机构实行走纸，另一方面驱动色带移动。

电机转动时感应线圈有一个正弦信号，经过整形电路后成为方波，此方波输入到单片机中，经过MCS-51相应的指令检测此方波的变化时刻（从上升沿变到下降沿或者从下降沿变到上升沿时刻），在方波变化时刻使打印机的相应打针进行冲打，完成打印任务。

接口部分采用串口模式，通过MC1489进行RS-232C到TTL的电平转换。

论文主要从系统整体构成、系统硬件设计、系统软件设计三个方面对该控制系统进行论述。

第2章微型打印机接口概述

本章主要介绍微型打印机接口部分的系统构成，分别从XLF微型打印机、接口模式、接口信号、接口控制原理、接口控制步骤、关键元件的选择及设计几个方面阐述微型打印机的接口部分。

2.1XLF微型打印机简介

XLF是嵌入仪器面板上的汉字微型打印机，分16行和24行两种型号，打印头采用EPSON公司M-150Ⅱ和M-160。

字形为5*7点阵字符和11*14点阵汉字，速度1行秒，平均无故障行数（MCBF）是5*105行，采用单一电源5V。

具有串行并行打印接口，接口信号均为TTL电平；打印命令与EPSON-80宽行打印机兼容，可以打印汉字、ASCII码、曲线、图形、点阵等，汉字库可自行编制固化以适应具体应用要求。

另外该微型打印机还有打印时通电，不打印时断电的功能，因为通常打印时间为整机运行时间的几十~几千分之一，增加此控制可以降低功耗和延长打印机使用寿命。

XLF微型打印机电路原理图如图2-1所示。

图2-1XLF微型打印机电路原理图

（1）接口引线

11~13线为并行接口信号线。

212、13、15、16线为串行接口信号线。

314线为控制线，控制打印机电源的开启与关闭，当14线置1时，接通继电器J，开启打印机电源，当14线为0时，继电器断开，关闭打印机电源。

使用时可将14线接于应用系统的某一输出口线（如8031的P1.0），通过此口线的输出信号完成打印机电源的通断控制。

控制14线时应注意，因为继电器动作较慢，当14线置为1之后，要延时10ms左右，以保证电源稳定地到打印机上，从而确保打印工作正确。

如果不用此控制功能，可将14线与+5V短接。

L为电源指示灯，打印机通电时亮，断电时灭。

（2）开关

①K1为自检键。

将打印机装好之后，可打印出所有的ASCII码，所有的汉字及其对应的代码。

ASCII码20H~7FH如表2-1，汉字代码80H~FFH如表2-2。

表2-1ASCII表

汉字（80H~FFH）可根据应用系统需要自行设计固化到字库中，汉字采用点阵11*14规格，1个汉字需用22个字节存放点阵数据，上下各1个字节。

打印汉字时，只需利用汉字代码，如同打印ASCII码字符一样。

表2-2汉字代码表

②K2为走纸键。

按下K2键，打印纸上移可将打印纸装入打印机中。

③K3-1为串、并转换开关。

开关处于OFF状态时，打印机并行接口有效，处于ON状态时，串行接口有效。

4K3-2，K3-3，K3-4为串行接口方式下比特率设置开关，对应关系如表2-3所示。

表2-3波特率设置（1=ON，0=OFF）

2.2接口方式及其信号

基于单片机的微型打印机的接口可分为并行和串行两种连接方式，而该设计采用串行接入方式。

串行接口中，开关K3-1置于ON，则打印机串行口工作有效。

接口引出线为12、13、15、16共4条。

串行数据要求为：

具有一位起始位，8位数据位，一位停止位。

停止位后打印机置BUSY线为忙即高电平状态，打印机取走数据并处理完之后，再将BUSY置为闲即低电平状态。

这很类似于并行口的工作时序，只不过并行口以并行方式传送8位数据字节，而串行口则以串行方式传送8位数据字节。

当8051与XLF串行口接口时，必须考虑电平匹配的问题。

因为打印机串行口为TTL电平，如果8051采用EIARS-232C接口，则应经1489转换之后接到打印机一侧，否则可直接将8051的TXD与XLF的RXD相接，不过连接距离应很短。

2.3接口控制原理

MCS-51执行程序存贮器中的程序，控制电机带动滑槽轮及蜗杆转动，使打印机的机头滑架左右移动，从而不断改变同一点行上的打点位置。

蜗杆的转动一方面通过凸轮带动走纸机构实行走纸，另一方面驱动色带移动。

电机转动时感应线圈有一个正弦信号，经过整形电路后成为方波，此方波输入到单片机中，经过MCS-51相应的指令检测此方波的变化时刻（从上升沿变到下降沿或者从下降沿变到上升沿时刻），在方波变化时刻使打印机的相应打针进行冲打，完成打印任务。

同时由这个方波的变化确保各打印点之间的距离相等。

当机头滑架到达最左边时，磁铁使干簧管闭合，这时单片机送出一负脉冲作为行同步信号，使每行打印时在最左端对齐。

2.4XLF微型打印机控制命令

XLF微型打印机具有EPSON-80宽行打印机兼容的打印控制命令，下面仅介绍常用的几个，如表2-4所示。

表2-4XLF微型打印机命令

第3章接口硬件设计

本章主要介绍微型打印机接口控制系统的硬件设计，从MCS-51单片机的硬件组成、微型打印机模块的设计、串行通信接口的设计等几个方面分别对接口的硬件部分进行简要清晰的阐述。

基于MCS-51单片机的XLF微型打印机接口控制系统的设计以接口为核心，包括单片机、接口系统、微型打印机三大主要模块构成。

3.1MCS-51单片机模块

MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。

INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。

3.1.1基本特性

·8位CPU

·片内振荡器

·4k字节ROM

·128字节RAM

·21个特殊功能寄存器

·32根IO线

·可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间

·2个16位定时器、计数器中断结构：

具有二个优先级、五个中断源一个全双口串行口位寻址（即可寻找某位的内容）功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。

·除128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有4组IO口P0～P3，余下的就是CPU的全部组成。

把4kROM换为EPROM就是8751的结构，如去掉ROMEPROM部分即为8031，如果将ROM置换为Flash存贮器或EEPROM，或再省去某些IO，即可得到51系列的派生品种，如89C51、AT89C2051等单片机。

单片机各部分是通过内部的总线有机地连接起来的。

其基本系统结构框图如图3-1。

图3-18051系列单片机的基本组成结构

3.1.2外部引脚

8051采用双列直插式40引脚封装，图3-2（a）为引脚图，图3-2（b）为逻辑符号图，各引脚功能如下。

1）电源和晶振

Vcc：

工作电源输入，运行和程序检验时接+5V；

Vss：

地；

XTAL1：

输入到振荡器的反相放大器；

XTAL2：

反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。

2）IO口4个（共4*8=32根）

P0：

8位漏极开路的双向IO口；

P1、P2、P3：

8位准双向的IO口。

3）控制线（共4根）

1输入

RST：

复位输入，高电平有效。

在振荡器起振后，RST引脚上维持两个机器周期以上的高电平，使单片机可靠复位，RST引脚电平变低，复位结束。

EAVpp：

片外程序存储器访问允许输入信号，低电平有效。

第二功能为在编程时，其上施加编程电压（仅对EPROM型单片机有效）。

2输入输出

ALEPROG:

地址锁存允许输出信号。

第二功能为在编程时输入编程电脉冲。

3输出

PSEN：

片外程序存储器选通信号输出，低电平有效。

图3-2MCS-51引脚及逻辑符号图

3.1.3最小系统

单片机的最小系统包括电源、复位、晶振、串口电路。

当8051与XLF串行口接口时，必须考虑电平匹配的问题。

因为打印机串行口为TTL电平，如果8051采用EIARS-232C接口，则应经MC1489转换之后接到打印机一侧，否则可直接将8051的TXD与XLF的RXD相接，不过连接距离应很短。

3.2微型打印机模块电路构成

微型打印机的机械部分是执行机构，而机械部分动作的完成则是由电路来控制的。

微型打印机的电路组成一般分为4个部分，即：

控制电路，驱动电路，接口电路和电源电路等，如图3-3所示。

控制电路CPU及相应外围电路构成，是整个打印机的控制中心，驱动电路受控制电路控制，直接与打印机相接，驱动打印头针及有关电机的动作，完成字符图形的打印；接口电路是打印机与主机通讯的通道，主机发送的命令和数据均经接口电路送达打印机的控制中心。

电源电路则给整个打印机提供各种规格的电压，是宽行打印机不可缺少的部分，而微型打印机通常省去此部分，与主机共用电源。

图3-3微型打印机构成原理图

3.3串行接口模块设计

随着微机特别是单片机的发展，其应用已从单机逐渐转向多机或联网，而多机应用的关键又在于微机之间的相互通讯，互传数据信息。

3.3.1串行通信技术

使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。

其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

　　串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。

使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。

　　串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。

同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。

　　同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。

这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。

它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。

其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。

数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。

同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。

异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：

字符帧格式和波特率。

数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。

字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。

发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。

接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。

3.3.2串行接口电路

目前，串行接口电路芯片种类和型号繁多，能够完成异步通讯的硬件电路为UART，即通用异步接收器发送器；能够完成同步通讯的硬件电路称为USRT；既能异步又能同步通讯的硬件电路称为USART。

从本质上讲，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与CPU接口，而以串行数据形式与外部逻辑接口它们的基本功能是从外部逻辑接受串行数据，转换成并行数据后传送给CPU；或者从CPU接受并行数据，转变成串行数据后输出给外部逻辑。

图3-4和图3-5分别给出了UART电路中发送和接受数据操作的情况。

从图3-4和图3-5可以看出，串行通讯接口电路至少包括一个接受器和一个发送器，而接收器和发送器都分别包括一个数据寄存器和一个移位寄存器，以便实现CPU输出→并行→串行→发送或接受→串行→并行→CPU输入操作。

图3-4UART发送操作

图3-5UART接受操作

3.3.3串行接口标准

在计算机测控系统中，数据通讯主要采用异步串行通讯方式。

在设计通讯接口时，必须根据需要选择接口，并考虑传输介质、电平转换等问题。

异步串行通讯接口有三类：

·RS-232C（RS-232A，RS-232B）

·RS-449，RS-422，RS-423和RS-485

·20mA电流环

该设计中8051采用EIARS-232C接口，则应经1489转换之后接到打印机一侧。

EIARS-232C是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的标准，用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通讯。

RS-232C串行接口总线适用于，设备之间的通讯距离不大于15m，传输速率最大为20KBs。

RS-232C是OSI基本参考模型物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。

采用负逻辑，即：

逻辑“1”：

-5V~-15V

逻辑“0”：

+5V~+15V

3.4MC1489模块

EIARS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。

因此，为了能够同XLF微