航芯方案分享（|_热敏打印机方案）

随着电子信息化和自动化程度的提高，以及条形码识别技术的发展，热敏打印机的应用范围也在不断扩大，已经从传统的办公和家庭传真文件迅速扩展到商业零售、工业制造、交通运输、物流、金融、彩票、医疗、教育等新的专业应用领域。

本文将介绍基于上海航信ACM32F403的热敏打印机的设计方案。

印刷原理

热敏打印机的原理是在介质基材(通常是纸)上涂上一层热敏材料，热敏材料加热一段时间后会变黑(通常是黑色或蓝色)。这个化学反应是在一定的温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于60时，热敏材料变黑需要很长时间，甚至几年。当温度为200时，反应将在几微秒内完成。

打印机有选择地在某个位置加热热敏纸，从而产生相应的图形。加热由打印头上与热敏材料接触的小型电子加热器提供。排列成正方形点或带的加热器由打印机逻辑控制，当被驱动时，在热敏纸上产生对应于加热元件的图形。控制加热元件的相同逻辑电路也控制纸张馈送，使得图形可以印刷在整个标签或纸张上。

图一。热敏打印机原理

使用芯片

本文介绍的热敏打印机方案是基于上海航信的ACM32F403系列单片机。

ACM32F403芯片采用高性能内核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。该芯片的核心支持一组用于数字信号处理的DSP指令，用于浮点数据处理的单精度FPU，以及用于提高应用安全性的内存保护单元(MPU)。

ACM32F403系列芯片最大工作频率为180MHz，内置数学硬件加速，最大512KB eFlash和最大192KB SRAM。该芯片集成了一个12位多通道2M sps高精度ADC、一个12位双通道DAC、多达3个运算放大器和2个比较器，并集成了一个高级定时器、6个通用16位定时器、1个通用32位定时器、2个基本16位定时器、1个系统看门狗、1个独立看门狗和一个低功耗实时时钟(RTC)，内置多通道UART、LPUART和SPI。

程序特征

支持蓝牙、USB、UART等通信接口的打印方式。

支持无任务时自动关机模式，续航时间更长。

支持打印高温、缺纸和低电量报警。

SPI存储字体，支持字体在线更新，可以调整字体、大小、粗细等。

支持MCU和BLE芯片固件在线升级

设计方案

2.基于ACM32F403的热敏打印机设计框图

功能介绍

1.1多界面打印流程

该方案可以通过UART、USB、蓝牙接口接收数据，通过ACM32F403芯片的定时器、GPIO、ADC、SPI等模块实现热敏打印头的打印。

具体流程如下：

1)通过UART、USB、蓝牙接口接收数据，需要用GBK码发送，存储在芯片中；

2)通过SPI接口在SPI FLASH上查询每个字的GBK码到字库中对应的数据，并传输到打印缓冲区；

3)芯片通过定时器控制步进电机的运行速度和打印头的加热时间，通过GPIO控制加热使能和步进电机的正反转，ADC检测打印机温度，最终完成打印工作。

图3。多界面印刷过程

1.2字体更新流程

在这个方案中，固件实现了一个UART接收数据，SPI下载数据的系统，使用类似于7816 T=1的数据格式进行传输，将字体的BIN文件下载到SPI FLASH中，下载更新字体。由于片外SPI闪存的大小，默认情况下仅支持24*24字体打印。如果更改字体，需要重新下载字体文件。

图4。字体下载过程

该方案支持字体的更新，可以调整打印字体的字体、大小、粗细等参数。字体库更新后，需要修改固件代码来打印不同的字体。

图5。字体设置参数

1.3字体调用流程

在这个方案中，SPI FLASH可以存储16*16或者24*24的字体，并且有完整的配套固件代码。

具体的字体调用过程如下：

1)从UART、USB或BLE接口接收待打印字符的GBK码；

2)根据GBK码，计算字库中该字符的内码；

3)通过SPI接口读取字体库中内码的数据，数据长度根据字体大小确定；

4)将读取的数据传输到打印头，完成打印。

图6。字体调用过程

1.4数据打印流程

图7。数据打印软件的流程

图8。打印机机芯和步进电机示意图

数据打印过程：

1)打印机启动过程；

2)通过SPI接口向打印机缓存传输打印数据；

3)判断是否是第一行，如果是，打开电机定时器，向前一步；

4)判断是最后一行还是缺纸，如果是，进入打印机关机过程；

5)开始加热，打开加热定时器，等待加热完成；

6)循环2)~5)，直到打印完成。

打印机启动过程：

1)将打印机DST信号设置为低电平；

2)将打印机锁存信号设置为高电平；

3)打开热敏头的逻辑电源；

4)打开热头加热电源；

打印机关机过程：

1)停止加热定时器；

2)关闭热头加热电源；

3)将打印机DST信号设置为低电平；

4)将打印机锁存信号设置为高电平；

5)关闭热敏头的逻辑电源。

1.5电源控制系统介绍

图9。电源控制系统介绍

1)电源：系统采用4.2V或USB 5V的单节锂电池供电；

2)异常：MCU内部程序运行/崩溃时，先按SW1复位MCU，然后按住正常开/关键，再插入USB线复位MCU；

3)开机：系统未开机时，按住开/关键。当MCU上电时，MCU将从eFlash启动。初始化成功后，POWER_ON/OFF信号会置高，双色灯中的绿灯亮(InitPass_ always on，内部锂电池充满电_ always on)。如果初始化失败或检测到异常/Err1_(如电池电量低、外设初始化失败、通信异常等。)

4)关机：系统上电时，按住开/关键，Power_Check引脚会检测到一个下降沿，然后会有一个连续的低电平。释放按键后，拉低电源控制信号；

5)正常关机顺序是：先关灯，再关电机驱动电源和外围电源，再关MCU电源；

6)PB1是开/关键和系统唤醒键，SW1是系统唤醒键和复位键。通常用户按一下就可以唤醒系统，长按就是正常的开关机；

7)没有打印作业时，需要关闭电机电源和外设电源，以节省锂电池电量；因此，在系统进入待机状态之前的某个时间，MCU关闭电机驱动电源/外围电源，然后进入待机状态。