采用N32G020核心控制板實(shí)現(xiàn)熱敏式微型打印機(jī)的設(shè)計(jì)

熱敏式微型打印機(jī)（又稱：微型打印機(jī)、微打）是在淡色材料上（通常是紙）覆上一層透明膜，將膜加熱一段時(shí)間后變成深色（一般是黑色，也有藍(lán)色），圖像通過加熱，在膜中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而生成的，當(dāng)溫度為200℃時(shí)，這種反應(yīng)會(huì)在幾微秒內(nèi)完成。

熱敏式微型打印機(jī)的打印頭中帶有許多熱敏型電阻，主控芯片控制熱敏型電阻根據(jù)需要進(jìn)行加熱，當(dāng)熱敏打印機(jī)接收到打印字符/圖片/二維碼/一維碼后，主控芯片根據(jù)位圖數(shù)據(jù)控制打印頭中對(duì)應(yīng)的熱敏電阻通電，從而加熱出有規(guī)則的深色點(diǎn)，同時(shí)，主控芯片控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確的滾紙操作，多次加熱后，這些規(guī)則的深色點(diǎn)最后組成了有效字符/圖片。

一．微打部件構(gòu)成

主要由以下三個(gè)部件構(gòu)成：

圖二：部件構(gòu)成圖

APP/人機(jī)界面（上左）：實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，如智能終端APP、打印工具軟件，用來輸入打印數(shù)據(jù)、排版等操作。

核心控制板（上中）：實(shí)現(xiàn)打印控制、數(shù)據(jù)交互、系統(tǒng)控制等處理。

熱敏打印頭（上右）：實(shí)現(xiàn)熱敏加熱、走紙、過熱信號(hào)輸出、缺紙信號(hào)輸出。

二．微打系統(tǒng)方案

圖三：方案框圖

微打三個(gè)主要部件的工作方式：

首先，通過人機(jī)交互『APP/人機(jī)界面』將命令/數(shù)據(jù)通過通訊接口發(fā)送到『核心控制板』上。

再次，『核心控制板』通過對(duì)應(yīng)的接口接收打印數(shù)據(jù)，如接收為命令，則進(jìn)行相應(yīng)的命令處理；如打印字體格式修改命令、換行命令、字體效果縮放命令等；如接收為打印字符數(shù)據(jù)，根據(jù)字符類型（英文字符/漢字/其他日文/韓文等字符），轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)字符內(nèi)碼，通過字符內(nèi)碼從字庫數(shù)據(jù)中定位、讀取字符的字模點(diǎn)陣。之后，通過『核心控制板』上的MCU將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送給打印頭。

最后，打印頭接收到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)后，結(jié)合MCU控制的加熱使能信號(hào)進(jìn)行加熱處理，在加熱期間，主控MCU會(huì)對(duì)加熱時(shí)間、過熱檢測、缺紙檢測進(jìn)行相應(yīng)處理，同時(shí)由MCU控制電機(jī)進(jìn)行走紙操作，最終實(shí)現(xiàn)邊打邊走紙的效果。

三．N32G020產(chǎn)品的核心控制板硬件參考設(shè)計(jì)

核心控制板的主要功能是接收上層下發(fā)的打印命令/數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、發(fā)送到打印頭、控制打印頭加熱&電機(jī)走紙、按鍵&LED控制。

圖四：核心控制板框圖

其中較為關(guān)注的技術(shù)，有以下幾點(diǎn)：

1、發(fā)送到打印頭的是字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，每一個(gè)點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)到打印頭的一個(gè)加熱點(diǎn)，相當(dāng)于是打印紙上的像素點(diǎn)，如富士通FTP-628M打印頭，其一行像素點(diǎn)為384點(diǎn)，意思是每次可以同時(shí)處理384個(gè)像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)的寬度約為0.125mm，即一行寬度為0.125mm×384=48mm（實(shí)際有效寬度），一般打印紙兩邊邊緣有保留空白10mm，一行總寬為58mm，稱為58mm熱敏式微型打印機(jī)。

2、打印頭中的電機(jī)通常為4相步進(jìn)電機(jī)，通過4個(gè)I/O口控制電機(jī)的四相八步，時(shí)序的實(shí)現(xiàn)是通過Timer定時(shí)器對(duì)I/O口進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)走紙。

3、打印頭中的發(fā)熱，是通過打印頭中的加熱線STB實(shí)現(xiàn)，通過I/O口拉高STB就使能加熱。

4、在加熱前會(huì)檢測是否缺紙，其原理是打印頭內(nèi)帶有光電傳感器，是通過光電傳感器的光電轉(zhuǎn)化，其位置處于塑膠滾軸下的光電傳感器，當(dāng)紙滾入滾軸后紙會(huì)擋住光電傳感器的入口孔，阻止光線進(jìn)入，然后經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后，打印頭最終輸出電平值，通過MCU的ADC模塊對(duì)電壓進(jìn)行采樣，如電壓過低則缺紙，反之有紙（高低電壓還需參考周邊電路），過熱檢測，通過ADC采電平值，亦是同理。

以下是MCU對(duì)打印頭的主控制圖

圖五：打印頭控制圖

四．主控MCU

微打方案采用N32G020K6/7/8，是國民技術(shù)基于ARM Cortex M0架構(gòu)的32位低功耗、高性能處理器主控芯片。

圖六：N32G020系列K8型號(hào)

其主要參數(shù)如下：

1） 高達(dá)80MHZ主頻，2KB 指令Cache

2） 內(nèi)置64K/128K/256K可選FLASH，20K 片內(nèi)SRAM，10萬次擦寫，10年數(shù)據(jù)保持能力

3） 具有豐富的外設(shè)接口，包含2個(gè)SPI、3個(gè)UART、2個(gè)I2C、1個(gè)ISO7816接口、1個(gè)無晶振全速USB2.0

4） 集成1個(gè)12bit ADC 1Mbps采樣率 最大10通道輸入、1個(gè)10bit 400Kbps DAC、2個(gè)模擬比較器、最大8通道PWM輸出、1個(gè)DMA 最大8通道

5） 配置5個(gè)32位Timer、1個(gè)32位RTC、1個(gè)看門狗、1個(gè)24bit Systick

6） 內(nèi)嵌硬件高速加密算法引擎，AES、DES、RSA、ECC、SHA、CRC16及TRNG隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

7） 支持SWD調(diào)試接口、通用的JLink仿真器下載、調(diào)試。

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和參考設(shè)計(jì)

該系列產(chǎn)品的SPI0支持4線模式，最大20M 時(shí)鐘，用于快速讀取外部SPI FLASH字庫數(shù)據(jù)，DMA可用于讀取USB接口、UART接口數(shù)據(jù)，減少CPU的干預(yù)，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理性能，直接提高打印機(jī)打印速度！

五．方案實(shí)物

基于N32G020產(chǎn)品的熱敏式微打方案，在鑒于同類微打方案的功能、性能對(duì)比之下，有更多特色與優(yōu)勢！

方案實(shí)物圖，先睹為快：

圖七：微打方案實(shí)物圖

N32G020系列通用MCU芯片，與常規(guī)的熱敏主控芯片相比，芯片集高性能、低功耗、安全特色（內(nèi)置硬件存儲(chǔ)保護(hù)和加、解密算法加速引擎）于一身，在熱敏式微型打印機(jī)解決方案上，具有絕對(duì)優(yōu)勢：

A. 特色：

a） 支持富士通FTP-628 58mm打印頭及國產(chǎn)精芯打印頭

b） 支持ASCII字符、GB2312漢字、條形碼、二維碼、圖片打印

c） 支持ESP/POS兼容ESC命令的票據(jù)打印

d） 支持UART、無驅(qū)USB有線打印

e） 支持藍(lán)牙、WIFI等無線打印

B. 優(yōu)勢：

a） 業(yè)界高性能、低功耗且性價(jià)比高的ARM Cortex M0處理器芯片

b） 無MCU晶振、無USB晶振，節(jié)省BOM成本

c） 自帶內(nèi)部可控LDO輸出，節(jié)省成本、降低功耗

d） 打印速度比其他同等打印頭方案快20%以上

e） 支持硬件安全級(jí)代碼保護(hù)，防抄板，保護(hù)方案

國民技術(shù)將深耕物聯(lián)網(wǎng)MCU領(lǐng)域，以高、中、低全系列化的產(chǎn)品演進(jìn)路線，為各行業(yè)提供高性價(jià)比的創(chuàng)新整體解決方案和技術(shù)支持服務(wù)。針對(duì)其他種類微型打印機(jī)，公司將陸續(xù)推出相應(yīng)的解決方案和產(chǎn)品，以全覆蓋微型打印機(jī)市場為目標(biāo)，為行業(yè)提供全方位方案保障。