微型打印機控制電路的設計資料,微型打印機,控制電路,設計,資料 １ 引言 自從20世紀70年代問世以后，單片機作為微型計算機一個很重要的分支，應用廣泛，發(fā)展迅速，已對很多領域產生了重大影響。尤其是美國Intel公司生產的MCS-51系列單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、系統(tǒng)結構簡單、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，在我國已經得到廣泛使用，并已經在各個技術領域得到了迅猛發(fā)展。 隨著普通打印機價格的下降，它們在單片機系統(tǒng)的應用也逐漸增多。微型打印機是一種通過單片機控制編程，可以自動完成一定打印任務作業(yè)的機械裝置。微型打印機具有多功能超小體積、可電池供電和便于隨身攜帶的特點。例如GP系列和μP系列打印機都是點陣式打印機，因為打印機內部有一個單片機系統(tǒng)，并固化有控打程序，智能化程度很高。打印機啟動后，由內部單片機執(zhí)行程序，就可以接受和分析主機送來的數據和命令，然后通過控制電路，實現對打印頭機械動作的控制，進行打印。微型打印機可廣泛使用在超市、便利店、餐飲服務、商場打印票據等，可滿足不同使用人員的要求。 本設計可以實現打印預先設定的漢字和0～9十個數字，可以應用在食堂、超市等地，用來打印小票并可以其顯示相關信息。因此微型打印機以其小型化、多功能等特點廣泛應用在生產、銷售等領域，為人們帶來了極大的方便。 2 設計要求 （1） 支持多種打印命令，命令代碼均為單字節(jié)，格式簡單。 （2） 可輸出標準的數字、在程序中所設定的漢字和英文字符。 （3） 要求簡單實用、有高可靠性、良好的性能價格比以及體積小，方便攜帶。 3 系統(tǒng)組成 液晶顯示器 單片機MCU 鍵盤 微型打印機 電源 圖3-1 系統(tǒng)框圖 本設計由微型打印機、單片機、鍵盤、液晶顯示器和電源模塊等五部分組成，系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。其中單片機部分的作用是控制微型打印機、鍵盤和液晶顯示器；鍵盤用來輸入要打印的信息；顯示器用來顯示所打印的內容；電源模塊則為整個電路提供電源。 4 硬件部分設計 4.1 打印機部分 打印機是一種復雜而精密的機械電子裝置，無論哪種打印機，其結構基本上都可分為機械裝置和控制電路兩部分，這兩部分是密切相關的。機械裝置包括打印頭、字車機構、走紙機構、色帶傳動機構、墨水（墨粉）供給機構以及硒鼓傳動機構等等，它們都是打印機系統(tǒng)的執(zhí)行機構，由控制電路統(tǒng)一協(xié)調和控制；而打印機的控制電路則包括CPU主控電路，驅動電路，輸入輸出接口電路及檢測電路等。 下面介紹打印機一般原理：打印機是小型機電一體化系統(tǒng)。機械部分為執(zhí)行機構，在機內CPU及驅動電路控制下完成“數據”打印。打印機的一般構成及工作原理如下圖4-1所示： 接口電路 CPU及控制電路 驅動電路 打印頭 電源 打 印 機 圖4-1打印機一般原理圖 單片機或PC系統(tǒng) 雖然打印機的外觀千變萬化，打印出來的圖形，色彩也各不相同，但從原理上，我們可將常用的打印機分為三種類型：針式打印機、噴墨打印機和激光打印機。下面重點介紹一下針式打印機的結構和工作原理。 4.1.1 針式打印機 （1） 針式打印機的工作原理 主機送來的代碼，經過打印機輸入接口電路的處理后送至打印機的主控電路，在控制程序的控制下，產生字符或圖形的編碼，驅動打印頭打印一列的點陣圖形，同時字車橫向運動，產生列間距或字間距，再打印下一列，逐列進行打??；一行打印完畢后，啟動走紙機構進紙，產生行距，同時打印頭回車換行，打印下一行；上述過程反復進行，直到打印完畢。 （2） 針式打印機的結構 針式打印機關鍵在于其打印頭的結構。打印頭的結構比較復雜，可分為打印針，驅動線圈，定位器，激勵盤等。簡單的說，打印頭的工作過程是這樣的：當打印頭從驅動電路獲得一個電流脈沖時，電磁鐵的驅動線圈就產生磁場吸引打印針銜鐵，帶動打印針擊打色帶，在打印紙上打出一個點的圖形。因其直接執(zhí)行打印功能的是打印針，所以這類打印機被稱為針式打印機。 針式打印機的種類繁多，型式各異，一般分為打印機械裝置和控制與驅動電路兩大部分。針式打印機在正常工作時有三種運動，即打印頭的橫向運動、打印紙的縱向運動和打印針的擊針運動。這些運動都是由軟件控制驅動系統(tǒng)通過一些精密機械進行的。 打印機械裝置主要包括字車與傳動機構、打印針控制機構、色帶驅動機構，走紙機構和打印機狀態(tài)傳感器，這些機構都為精密機械裝置，以保證各種機構能實現下面的各種運動。 ① 字車與傳動機構 字車是打印頭的載體，打印頭通過字車傳動系統(tǒng)實現橫向左、右移動，再由打印針撞擊色帶而印字。字車的動力源一般都用步進電動機，通過傳動裝置將步進電動機的轉動變?yōu)樽周嚨臋M向移動。一般用鋼絲繩或同步齒形帶進行傳動。 ② 打印針控制機構 打印針是正確打印的關鍵。打印針控制機構實現打印針的出針和收針動作。通常利用電磁原理控制打印針的動作。 ③ 色帶驅動機構 打印針撞擊色帶，色帶上的印油在打印紙上印出字符或圖形。在打印過程中，打印頭左、右移動時，色帶驅動機構驅動色帶也同時循環(huán)往復轉動，不斷改變色帶被打印針撞擊的部位，保證色帶均勻磨損，從而既延長了色帶的使用壽命，又保證了打印出的字符或圖形顏色均勻。 色帶驅動機構一般利用字車電動機帶動同步齒形帶(如LQ-1600K)或鋼(尼龍)絲繩驅動色帶鈾轉動，也可采用兩個單獨的電動機(如某些彩色打印機)分別帶動色帶正、反向走帶。 ④ 走紙機構 該機構實現打印紙的縱向移動。當打印完一行后，由它走紙換行。走紙方式一般有摩擦走紙、齒輪饋送和壓紙滾筒饋送等。其動力方式為通過牽引機構將步進電動機的轉動轉變?yōu)樽呒堃苿印? ⑤ 打印機狀態(tài)傳感器 對于不同的打印機來說，傳感器的設置情況不同。通常有原始位置傳感器(檢測字車是否停在左邊原始位置上)、紙盡傳感器(檢測所裝的打印紙是否用完，用完則報警)、計時傳感器(檢測字車的瞬時位置)和機蓋狀態(tài)傳感器(檢測正在打印中的異常開打印機蓋操作)等等。 （3） 針式打印機的特點 針式打印機由于采用的是機械擊打式的打印頭，因此穿透力很強，能打印多層復寫紙，具備拷貝功能，另外還能打印不限長度的連續(xù)紙。使用的耗材是色帶，在三種打印機中是最廉價的一種。其缺點就是體積、重量都較大，打印噪音大，精度低，速度慢，一般無打印彩色圖像功能。適合有專門要求的專業(yè)應用場合，例如財務、稅務、金融機構等等。常見的機型有EPSON的LQ系列，如LQ－680K；STAR的AR、CR系列，如AR－6400等。 4.1.2 噴墨打印機和激光打印機 （1） 噴墨打印機 噴墨打印機的工作原理基本與針式打印機相同，這兩者的本質區(qū)別就在于打印頭的結構。噴墨打印機的打印頭，是由成百上千個直徑極其微?。s幾微米）的墨水通道組成。當打印頭的控制電路接收到驅動信號后，即驅動這些執(zhí)行單元產生振動，將通道內的墨水擠壓噴出；或產生高溫，加熱通道內的墨水，產生氣泡，將墨水噴出噴孔；噴出的墨水到達打印紙，即產生圖形。這就是壓電式和氣泡式噴墨打印頭的基本原理。 噴墨打印機打印精度高，通常都能打印彩色圖像，而且體積及重量都可以做的非常小巧，甚至能隨身攜帶打印，打印時的噪音也很小。因此噴墨打印機的使用成本很高。同時，也不具備拷貝和打連續(xù)紙功能。適合對打印質量要求高但數量較小的場合，如家庭，小型辦公室等等。常見的機型有EPSON的STYLUS PHOTO系列，如STYLUS PHOTO 900；CANON的i系列，如i6500、i355等。 （2） 激光打印機 激光打印機與針式、噴墨打印機的一個本質的區(qū)別在于：激光打印機打印一次成像一整頁，是逐頁打印；而針式和噴墨打印機都是打印頭一次來回打印一行，是逐行打印。因此，相同打印要求下，激光打印機的打印速度要比針式打印機和噴墨打印機要快，這也是激光打印機的一個優(yōu)勢所在。激光打印機的打印精度也很高，基本上與噴墨打印機無太大區(qū)別。能打印彩色圖像，且對打印介質的要求沒有噴墨打印機那么高。打印的速度是三種打印機中最快的，而且噪音也很小。但體積和重量相對噴墨打印機要大。只能逐頁打印，無拷貝和打印連續(xù)紙功能。適合打印數量大，任務重的場合，如大型商務機構，設計、印刷領域等等。常見的機型有惠普HP的LaserJet系列，如LaserJet1010，Color LaserJet 8550等。 4.1.3 微型打印機 微型打印機，簡稱微打，是針對通用打印機而言的，具有處理票據較窄、整機體積較小、操作電壓較低的特點。它是廣大打印機家族中一個細小而特別的種類，在通常的IT刊物、雜志及各類市場調查報告中，微型打印機均鮮有提及，甚至被忽略不記。以致一般的人雖然在生活中經常見到，然而對其缺乏必要的認識和了解。但作為特種打印機系列一個重要的組成部分，微打的市場需求日漸擴大，應用也越來越廣泛，越來越多的通用打印機廠商也開始涉及微打領域。 （1） 微型打印機的分類 微型打印機具有體積小巧、價格低廉、功能多樣的特點，所以在越來越多的領域得到了廣泛的應用。下面按不同的方式對微型打印機進行分類： ① 按打印原理分：針式（細分為字輪式、梭式點陣式、9針點陣式、24針點陣式）、熱敏式（細分為列式熱敏式、行式熱敏式）、噴墨式、熱轉印、激光式（后面兩種打印方式的微型機較少）。 ② 按應用分：由于微型打印機在各行業(yè)應用十分廣泛，所以分成在金融零售業(yè)的ECR（高效消費者響應）、POS、交通運輸業(yè)上的打票機、服務行業(yè)的排隊機等。 ③ 按通信方式分：有線通信（串口、并口、USB或網口）、無線通信（運用IrDA和Bluetooth技術）。 （2）針式微型打印機與熱敏微型打印機的比較 ①基本工作原理 針式微型打印機至少由以下基本關鍵部件組成：打印機芯、打印控制器、電源和外殼，而打印機芯又由打印頭和字車電機運動機構、走紙電機運動機構以及各種傳感器等組成。 針式微打是通過控制打印頭運動和走紙運動，并控制打印頭出針擊打色帶和打印紙，把色帶上相應點的墨汁印在打印紙上，從而在紙上打出所需的信息。直熱行式熱敏微打，其熱敏頭由一排緊密均勻排列的特殊材料的可加熱電阻組成，每個單元電阻對應一個點，控制其不同點的通電即可對相應的點加熱，而與其緊密接觸的帶熱敏涂層的熱敏紙受熱就可以印出相應的點信息，再同時通過走紙的控制，就可以打印出各種信息。另一種熱敏微打——熱轉印微打，其工作原理與直熱式熱敏機基本相同，不同之處在于：熱轉印微打通過加熱帶熱敏涂層的碳帶,把相應碳帶加熱點上的涂層材料轉印到普通的打印紙上。 ②性能表現 主要是熱敏微打的速度是針式微打的幾倍。 總之，直熱式熱敏微打主要在噪聲、速度和分辨率上優(yōu)于針式微打，而針式微打卻在拷貝能力和打印后紙張的保存效果（熱轉印式除外）上優(yōu)于直熱式熱敏微打，這些各自的優(yōu)點奠定了這兩大類的微打在不同應用領域受青睞的地位。 隨著國內電子政務、電子商務的迅速發(fā)展，以及工商、稅務電子監(jiān)控等政策的逐漸實施，對發(fā)票和稅控收據的自動打印要求將越來越廣泛，商業(yè)收款和稅控發(fā)票打印也就成為微型打印機應用最為廣泛的領域，而熱敏式、9針串行點陣式打印方式則在此領域應用最為廣泛。 此外，隨著微型打印機技術的發(fā)展，各種新型的微型打印機也慢慢走向市場，如便攜式微型打印機，它在水、電、燃氣等抄表業(yè)務中得到了很好的推廣。相對于傳統(tǒng)的手工抄表，然后錄入電腦，再由電腦打印出單據送到用戶手中，便攜式微打表現出了極大的方便性。類似的應用還有火車上的移動式補票機等。 4.2單片機芯片部分 89S52是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片[1]，引腳排列請參見下圖4-2： 圖4-2 89S52芯片引腳 4.2.1 信號引腳介紹 （1） 輸入/輸出口線 P0.0 ～ P0.7 P0口8位雙向口線 P1.0 ～ P1.7 P1口8位雙向口線 P2.0 ～ P2.7 P2口8位雙向口線 P3.0 ～ P3.7 P3口8位雙向口線 （2） 地址鎖存控制信號（ALE） 在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現低位地址和數據的分時傳送。此外由于ALE是六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因為可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。 （3） 外部程序存儲器讀選通信號（/PSEN） 在讀外部ROM時/PSEN有效（低電平），以實現外部ROM單元的讀操作。 （4） 訪問程序存儲器控制信號（/EA） 當/EA信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當/EA信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 （5） 復位信號（RST） 當輸入的復位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位操作。 （6） 外接晶體引線端（XTAL1和XTAL2） 當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 （7） 地線（Vss） （8） +5V電源（Vcc） 以上就是89S52單片機芯片40條引腳的定義及簡單功能說明[2]。 4.2.2 信號引腳的第二功能 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數目是有限制的，例如MCS-51系列單片機芯片引腳的數目是40條，但單片機為實現其功能所需要的信號數目卻遠遠超過此數，因此就出現了供需問題。 解決這一問題唯一可行的辦法是“復用”，即給一些信號引腳賦予雙重功能。如果我們把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據需要再定義的信號就是它的第二功能。第二功能信號定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個其它信號線。 （1） EPROM 存儲器程序固化所需要的信號 P3的8條口線都定義有第二功能，詳見表4-1。 表4-1 P3口線的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 P3.0 RXD 串行數據接收 P3.1 TXD 串行數據發(fā)送 P3.2 /INT0 外部中斷0申請 P3.3 /INT1 外部中斷1申請 P3.4 T0 定時器/計數器0計數輸入 P3.5 T1 定時器/計數器1計數輸入 P3.6 /WR 外部RAM寫選通 P3.7 /RD 外部RAM讀選通 有內部EPROM的單片機芯片（例如87C51），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，它們也是由信號引腳以第二功能的形式提供的，即： 編程脈沖： 30腳（ALE//PROG） 編程電壓（25V）：31腳（/EA/VPP） （2） 備用電源引入 MCS-51單片機的備用電源也是以信號引腳第二功能的方式由9腳（RST/VPD）引入的。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經此端向內部RAM提供電壓，以保護內部RAM中的信息不丟失。 4.3 單片機與微型打印機的接口 4.3.1微型打印機TPμP-40A的主要性能、接口要求及時序 TPμP-40A是一種單片機控制的微型智能打印機。每行打印40個字符[3]。 （1） TPμP-40A主要技術性能 ① 采用單片機控制，具有2KB控達程序標準的Centronic并行接口。 ② 具有較豐富的打印命令，命令代碼均為單字節(jié)，格式簡單。 ③ 可產生全部標準的ASCII代碼字符，以及128個非標準字符和圖符。有16個代碼字符（6×7點陣）可由用戶通過程序自行定義。并可通過命令用此16個代碼字符去更換任何駐留代碼字型，以便用于多種文字的打印。 ④ 可打印出8×240點陣的圖樣（漢字或圖案點陣）。代碼字符和點陣圖樣可在一行中混合打印。 ⑤ 字符、圖符和點陣圖可以在寬和高的方向放大為×2、×3、×4倍。 ⑥ 每行字符的點行數（包括字符的行間距）可用命令更換。即字符行間距空點行在0～256間任選。 ⑦ 帶有水平和垂直制表命令，便于打印表格。 ⑧ 具有重復打印同一字符命令，以減少輸送代碼的數量。 ⑨ 帶有命令格式的檢錯功能。當輸入錯誤命令時打印機立即打印錯誤信息代碼。 （2） 接口信號 TPμP-40A微型打印機與單片機間是通過一條20芯扁平電纜及接插件相連（如圖4-3所示）。打印機有一個20線扁平插座，信號引腳排列如表4-2所示： 表4-2 打印機信號引腳排列 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 GND GND GND GND GND GND GND GND /ACK /ERR /STB DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 BUSY 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 ●●●●●●●●●● ●●●●●●●●●● 插入 扁平電纜 插頭 從打印機背面視圖 圖4-3 扁平電纜和插件接口 2 20 19 1 其中： ① DB0～DB7:數據線，單向傳輸，由單片機輸入給打印機。 ② /STB（STROBE）：數據選通信號。在該信號的上升沿時，數據線上的8位并行數據被打印機讀入機內鎖存。 ③ BUSY：打印機“忙”狀態(tài)信號。當該信號有效（高電平）時，表示打印機忙于處理數據。此時，單片機不得使STB信號有效，向打印機送入新的數據。 ④ /ACK：打印機的應答信號。低電平有效，表明打印機已取走數據線上的數據。 ⑤ /ERR：“出錯”信號。送入打印機的命令格式出錯時，打印機立即打印一行出錯信息提示出錯。在打印出錯信息之前該信號線出現一個負脈沖，脈沖寬度為30μs。 （3） 接口信號時序[4] 20ns 50ns NEXTXT 0～50ns ﹥6μs BUSY 時間不定 （不同命令、數據而異） 20～30μs DB0～DB7 /STB /ACK 圖4-4接口信號時序圖 接口信號時序如圖4-4所示。選通信號/STB寬度需大于0.5μs。/ACK應答信號可與/STB信號作為一對應答聯絡信號，可使用/STB與BUSY作為一對應答聯絡信號[5]。 4.3.2 字符代碼及打印命令 TPμP-40A全部代碼共256個，其中00H無效，代碼01H～0FH為打印命令；代碼10H～1FH為用戶自定義代碼；代碼20H～7FH為標準ASCII代碼；代碼80H～FFH為非ASCII代碼，其中包括少量漢字、希臘字母、塊圖圖符和一些特殊的字符。 （1） 字符代碼 TPμP-40A中全部字符代碼為10H～FFH，回車換行代碼0DH為字符串的結束符。但當輸入代碼滿40個時，打印機自動回車。幾個例子如下： ① 打印“＄2356.73” 輸送代碼串為：24，32，33，35，36，2E,37,33,0D。 ② 打印“23.7㎝” 輸送代碼為：32，33，2E,37,63,6D,9D,0D。 ③ 打印“This is Micro-Printer” 輸送代碼串為：54H,68H, 69H,73H, 20H,69H,73H,20H, 4DH,69H,63H,72H, 6FH,2DH,70H,72H,69H,6EH,74H,65H,72H,2EH,0DH。 （2） 打印命令 打印命令由一個命令字和若干個參數字節(jié)組成，命令結束符為0DH，除下述表中代碼06H的命令必須用它外，均可省略。TPμP-40A命令代碼及功能見表4-3。 表4-3 TPμP-40A命令代碼及功能 命令代碼 命令功能 01H 打印字符、圖等，增寬（×1、×2、×3、×4） 02H 打印字符、圖等，增高（×1、×2、×3、×4） 03H 打印字符、圖等，寬和高同時增加（×1、×2、×3、×4） 04H 字符間距更換或定義 05H 用戶自定義字符點陣 06H 駐留代碼字符點陣式樣更換 07H 水平（制表）跳區(qū) 08H 垂直（制表）跳行 09H 恢復ASCII代碼和清輸入緩沖區(qū)命令 0AH 一個空格后回車換行 0BH～0CH 無效 0DH 回車換行/命令結束 0EH 重復打印同一字符命令 0FH L打印點陣圖命令 （3） 命令非法時的出錯顯示 當主機向TPμP-40A輸入非法命令時，打印機即打印出錯代碼。其意義為： ERROR0: 放大系數出界，即放大倍數是1，2，3和4以外的數字。此錯誤出現在 01H,01H,03H命令時。 ERROR1：定義代碼非法。用戶自定義代碼不是10H～1FH. ERROR2：非法換碼命令。換碼命令只能用10H～1FH去代換駐留字符代碼，否則為非法。 ERROR3：繪圖命令錯誤。指定圖形字節(jié)數為0或大于240。 ERROR4：垂直指標命令錯誤。指定空行數為零[6]。 4.3.3 TPμP-40A與MCS-51單片機接口設計 TPμP-40A是智能打印機，其控制電路由單片機構成，在輸入電路中有鎖存器，在輸出電路中有三態(tài)門控制。因此可以不通過I/O口直接與單片應用系統(tǒng)的總線連接，即打印機的數據線可以以外部I/O口的形式與MCS-51系列單片機的P0口相連。如圖4-5所示：TPμP-40A沒有讀、寫信號線，只有一對握手線/STB、BUSY，因此，用一根地址線（使用P2.7）來控制讀寫信號選通 /STB和讀取打印機的BUSY狀態(tài)[7]。 32 33 34 35 36 37 38 39 20 26 3 5 7 9 11 13 /WR P2.7 /RD P0.7 89S52 P0.0 GND /STB BUSY DB7 TPμP-40A DB0 GND ≧1 ≧1 1 16 19 17 15 17 28 圖4-5 單片機和微型打印機的接口 4.4 單片機與液晶顯示器的接口 顯示器部分是由液晶顯示控制行、列驅動器和HY128*64液晶顯示器組成的[8]。 4.4.1 液晶顯示控制驅動器HD61202的特點 HD61202液晶顯示控制驅動器是一種帶有驅動輸出的圖形液晶顯示控制器，它可直接與8位微處理器相連，它可與HD61203配合對液晶屏進行行、列驅動。HD61202是一種帶有列驅動輸出的液晶顯示控制器，它可與行驅動器HD61203配合使用，組成液晶顯示驅動控制系統(tǒng)。 （1） 內藏64×64=4096位顯示RAM，RAM每位數據對應LCD屏上一個點的亮暗狀態(tài)； （2） HD61202是列驅動器，具有64路列驅動輸出； （3） HD61202讀、寫操作時序與68系列微處理器相符，因此它可直接與68系列微表4-4 與微處理器的接口信號引腳功能 引腳符號 狀態(tài) 引腳名稱 功能 CS1,CS2,CS3 輸入 芯片片選端 CS1和CS2低電平選通，CS3高電平選通。 E 輸入 讀寫使能信號 在E下降沿，數據被鎖存（寫）入HD61202；在E高電平期間，數據被讀出 R/W 輸入 讀寫選擇信號 R/W=1為讀選通，R/W=0為寫選通 RS 輸入 數據、指令選擇信號 RS=1為數據操作 RS=0為寫指令或讀狀態(tài) DB0-DB7 三態(tài) 數據總線 RST 輸入 復位信號 復位信號有效時，關閉液晶顯示，使顯示起始行為0，RST可跟MPU相連，由MPU控制；也可直接接VDD，使之不起作用。 處理器接口相連； （4） HD61202的占空比為1/32--1/64。 4.4.2液晶顯示控制驅動器HD61202的引腳功能 HD61202的與各種器件信號的引腳功能如表4-4，表4-5，表4-6所示： 表4-5 與HD61203接口信號引腳功能 M 輸入 交流驅動波形信號 FRM 輸入 幀同步信號 CL 輸入 鎖存行顯示數據的同步信號 該信號上升沿時鎖存數據，同時改變顯示輸出地址 Ф1,Ф2 輸入 內部操作時鐘信號 Y1-Y64 液晶顯示驅動端 VDD，VSS 內部邏輯電源 VEE1，VEE2 液晶顯示驅動電路的電源 常令VEE1=VEE2 V1L-V4L，V1R-V4R 液晶顯示驅動電壓 其電壓值均在VCC和VEE之間，常令V1L=V1R，V2L=V2R，V3L=V3R， V4L=V4R ADC 決定Y1-Y64與液晶屏的連接順序 ADC=1JF,Y1=$0,Y64=$63 ADC=0時，Y1=$63,Y64=$0 該引腳直接接VCC或GND即可 表4-6 與LCD接口信號引腳功能 4.4.3液晶顯示控制驅動器HD61202的指令系統(tǒng) HD61202的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種?，F分別介紹如下： （1） 顯示開/關指令 表4-7 顯示開/關指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0 當DB0=1時，LCD顯示RAM中的內容；DB=0時，關閉顯示。 （2） 顯示起始行（ROW）設置指令 表4-8 顯示起始行設置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 顯示起始行（0-63） 該指令設置了對應液晶屏最上一行的顯示RAM的行號，有規(guī)律的改變顯示起始行，可以使LCD實現顯示滾屏的效果。 （3） 頁（RAGE）設置指令 表4-9 頁設置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 頁號（0-7） 顯示RAM共64行，分8頁，每頁8行。 （4） 地址（Y Address）設置指令 表4-10 地址設置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 1 顯示列地址（0-63） 設置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個單元，這樣MCU就可以用讀、寫指令讀出該單元中的內容或向該單元寫進一個字節(jié)數據。 （5） 讀狀態(tài)指令 表4-11 讀狀態(tài)指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0 該指令用來查詢HD61202的狀態(tài)，各參量含義如下： BUSY：1-內部在工作 0-正常狀態(tài) ON/OFF：1-顯示關閉 0-顯示打開 REST： 1-復位狀態(tài) 0-正常狀態(tài) 在BUSY和REST狀態(tài)時，除讀狀態(tài)指令外，其它指令不對HD61202產生作用。在對HD61202操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可以對HD61202進行操作。 （6） 寫數據指令 表4-12 寫數據指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 寫 數 據 （7） 數據指令 讀、寫數據指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一，必須注意的是，進行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的。 表4-13 數據指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 讀 顯 示 數 據 4.4.4 HY-12864的電路結構特點 HY-12864是使用HD61202作為列驅動器，同時使用HD61203作為行驅動器的液 晶模塊[9]。由于HD61203不與MCU發(fā)生聯系，只要提供電源就能產生行驅動信號和各種同步信號，比較簡單。下面主要介紹以下HY12864這個模塊的邏輯電路圖。HY-12864共有兩片HD61202和一片HD61203，如下圖4-6所示： 振蕩電路 64行 LCD 64 列 64列 控制 同步脈沖 DB0-DB7 Vee BL+ BL- Vss Vdd Vo RS R/WE DB0 DB1… DB7 CS1 CS2 RES 圖4-6 邏輯電路圖 在HY-12864中，兩片HD61202的ADC均接高電平，RST也接高電平，這樣在使用HY-12864時就不必再考慮這兩個引腳的作用。/CSA跟HD61202（1）的/CS1相連；/CSB跟HD61202（2）的CS1相連，因此/CSA、/CSB選通組合信號為/CSA，/CSB=01選通（1），/CSA，/CSB=10選通（2）。對于HY-12864只要供給VDD、VSS和V0即可，HD61202和HD61203所需電源將有模塊內部電路在VDD和V0、VSS的作用下產生的[10]。 4.4.5 HY-12864的應用 圖4-7 接口電路原理圖 上面是液晶顯示器HY12864 與單片機89S52的接口電路。控制電路為直接訪問方式的接口電路[11]。電路原理圖如上圖所示： 單片機的P0端口直接與顯示器的數據端口相連；電位器用來調節(jié)顯示器屏幕亮度，而負電源由顯示器本身提供；單片機的讀寫信號端口通過與非門控制顯示器的讀寫使能端，高電平時數據被讀出，下降沿時數據被鎖存即寫入列驅動器；P2.3口控制芯片片選端（第二個列驅動器），P2.2口控制芯片片選端（第一個列驅動器），且二者均為低電平有效；P2.1口控制讀寫選通信號，輸入低電平時寫選通，本設計不需讀入，所以只要低電平即可；P2.0口控制數據指令選擇信號，高電平為數據操作，低電平寫指令或讀狀態(tài)，即先為0寫入控制字再為1寫入數據代碼確定什么字。 4.5 鍵盤部分 4.5.1 單片機鍵盤和鍵盤接口概述 單片機使用的鍵盤可分為獨立式和矩陣式兩種。獨立式實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的I/O接口連接，其方法是每個按鍵獨占一條口線，接口簡單[12]。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的數目較多，所以鍵按行列組成矩陣（如圖4-8所示）。 圖4-8 鍵盤接口電路圖 按一個鍵到鍵的功能被執(zhí)行主要應包括兩項工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是哪個鍵，另一項是鍵功能的實現。第一項工作是使用接口電路實現的，而第二項工作則是通過執(zhí)行中斷服務程序來完成。下面來介紹鍵盤接口問題[13]。 具體來說，鍵盤接口應完成以下操作功能： a 鍵盤掃描，以判定是否有鍵被按下（稱之為“閉合鍵”）。 b 鍵識別，以確定閉合鍵的行列位置。 c 產生閉合鍵的鍵碼。 d 排除多鍵、串鍵（復按）及去抖動。 這些內容通常是以軟硬件結合的方式來完成的，即在軟件的配合下由接口電路來完成。但具體那些由硬件完成由軟件完成，要看接口電路的情況?？偟脑瓌t是，硬件復雜軟件就簡單，硬件簡單軟件就得復雜一些。 可以為MCS-51單片機實現鍵盤接口的方法和接口芯片有： a 使用單片機芯片本身的并/串行口 b 使用通用接口芯片（例如8255、8155等）/專用接口芯片8279 4.5.2 單片機鍵盤接口和鍵功能的實現 （1） 鍵盤接口處理內容 ① 鍵掃描 鍵盤上的鍵按行列組成矩陣，在行列的交點上都對應有一個鍵。為判定有無鍵被按下（閉合鍵）以及被按鍵的位置，可使用兩種方法：掃描法和翻轉法，其中以掃描法使用較為普遍。因此下面以掃描法為例，說明查找閉合鍵的方法。現以圖4-9所示的4行×4列鍵盤為例，對鍵掃描進行說明。 輸入口 1 1 1 1 0 1 1 1 +5V 輸出口 （a） （b） 輸入口 輸出口 1 1 1 1 1 0 1 1 +5V 1 1 0 1 1 1 0 1 輸入口 +5V 輸出口 （c） 圖4-9 鍵掃描法示意圖 首先是判定有沒有鍵被按下。如圖4-9所示，鍵盤的行線一端經電阻接+5V電源,另一端接單片機的輸入口線。各列線的一端接單片機的輸出口線，另一端懸空。為判定有沒有鍵被按下，可先經輸出口向所有列線輸出低電平，然后再輸入各行線狀態(tài)。若行線狀態(tài)中有低電平，則表示有鍵被按下。然后再判定被按鍵的位置。因為在鍵盤矩陣中有鍵按下時，被按鍵處的行線和列線被接通，使穿過閉合鍵的那條行線變?yōu)榈碗娖?。假定圖4-9中A鍵被按下，則判定鍵位置的掃描是這樣進行的： 先使輸出口輸出0EH，然后輸入行線狀態(tài)，測試行線狀態(tài)中是否有低電平（圖4-9（a））。如果沒有低電平，再使輸出口輸出0DH，再測試行線狀態(tài)（圖4-9（b））。到輸出口輸出0BH時，行線中有狀態(tài)為低電平者，則閉合鍵找到（圖4-9（c）），通過此次掃描的行線值和列線值就可以知道閉合鍵的位置。至此行掃描似乎可以結束，但實際上掃描往往要繼續(xù)進行下去，以發(fā)現可能出現的多鍵同時被按下。 ② 去抖動 當掃描表明有鍵被按下之后，緊接著應進行去抖動處理。因為常用鍵盤的鍵實 際上就是一個機械開關結構，被按下時，由于機械接觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現電壓抖動，如圖4-10所示。抖動時間長短與鍵的機械特性有關，一般為5～10ms。而鍵的穩(wěn)定的閉合時間和操作者按鍵動作有關，大約為十分之幾到幾秒不等。 鍵按下 前沿抖動 后沿抖動 圖4-10 鍵閉合和斷開時的電壓抖動 ③ 鍵碼計算 被按鍵確定下來之后，接下來的工作是計算閉合鍵的鍵碼，因為有了鍵碼，才能通過散轉指令把程序執(zhí)行轉到閉合鍵所對應的中斷服務程序上去。也可以直接使用該閉合鍵的行列值組合產生鍵碼，但這樣做會使各子程序的入口地址比較散亂，給JMP指令的使用帶來不便。所以通常都是以鍵的排列順序安排鍵號，例如，圖4-11所示的鍵號是按從左到右從上到下的順序編排的。 這樣安排，使鍵碼既可以根據行號列號以查表求得，也可以通過計算得到。按圖4-11所示的鍵碼編排規(guī)律，各行的首號依次是00H，04H，08H，0CH，如列號按0～3順序，則鍵碼的計算公式為： 鍵碼=行首號+列號 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 圖4-11 鍵號排列 ④ 等待鍵釋放 計算鍵碼之后，再以延時后進行掃描的方法等待鍵釋放。等待鍵釋放是為了保證鍵的一次閉合僅進行一次處理。 綜上所述，鍵盤接口處理的核心內容是測試有無閉合鍵，對閉合鍵進行去抖動處理，求得閉合鍵的鍵碼。這些操作內容通常都是有軟硬件相結合的方法實現，但如果使用像8279這樣的專用接口芯片，可以大大簡化軟件。 為了使鍵盤操作更穩(wěn)定可靠，還可以加一些附加功能，例如屏蔽功能：在對一個閉合鍵已進行處理時，再按下其它鍵不會產生影響；對于一個鍵，不管按下多長時間，僅執(zhí)行一次鍵處理子程序等。 （2） 鍵盤接口的控制方式 在單片機的運行過程中，何時執(zhí)行鍵盤掃描和處理，可有以下3種情況： ① 隨機方式，每當CPU空閑時執(zhí)行鍵盤掃描程序。 ② 中斷方式，每當有鍵閉合時才向CPU發(fā)出中斷請求，中斷響應后執(zhí)行鍵盤掃描程序。 ③ 定時方式，每隔一定時間執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，定時可由單片機定時器完成。 （3） 鍵處理子程序 在計算機中每一個鍵都對應一個處理子程序，得到閉合鍵的鍵碼后，就可以根據鍵碼，轉相應的鍵處理子程序（分支是使用JMP等散轉指令實現的），進行字符、數據的輸入或命令的處理。這樣就可以實現該鍵所設定的功能[14]。 4.6電源模塊設計 4.6.1單元電源電路設計 為了能夠讓單片機和打印機更好，更穩(wěn)定地工作，采用了圖4-12所示單元電源電路，由電源變壓器、橋堆和濾波電容器所組成。電源變壓器的初級電壓輸入為220V，次級輸出電壓為12V[15] [16]。 由于單片機所需的是+5V電源，經濾波電容和三端穩(wěn)壓集成電路MC7812后可得到+12V電壓，MC7812能將15V～25V的直流電壓變換成12V的穩(wěn)定電壓，在12V的電壓中含有少量的低頻成分和接收外界的高頻成分，再經后一級濾波后送三端穩(wěn)壓集成 圖4-12 電源電路圖 電路LM317，LM317能將大于7V～15V的直流電壓變換成+5V的穩(wěn)定電壓并且提供的較大電流以保證打印機正常工作。同時由于電流較大導致三端穩(wěn)壓集成電路MC7812和LM317過熱，為了確保電路工作正常，給兩個芯片分別加上散熱片。 4.6.2直流穩(wěn)壓電源的檢測 本系統(tǒng)對電源要求高，因為穩(wěn)定性和可靠性在單片機的應用中具有格外重要的意義。為了提高穩(wěn)定性，單片機的允許電壓變化范圍很寬。通常單片機使用5V電壓，所以采用較為復雜的穩(wěn)壓電源，電源電路的主要部件采用集成的三端穩(wěn)壓器件如LM317與MC7812，穩(wěn)壓電源輸入電壓范圍寬，輸出電壓穩(wěn)定，電流較大,抗干擾能力強，以滿足主控系統(tǒng)和微型打印機的要求[17]。 數字萬用表對穩(wěn)壓電源的測試結果，如表4-14所示： 輸入級（原） MC7812輸出 輸出級 +5V直流穩(wěn)壓電源 220V交流電壓 11.998 V 4.997V 表4-14 電壓測試 5 軟件部分 根據程序設計步驟流程圖（圖5-1），準備本次設計所需要的整體流程圖和部分流程圖。 圖5-1 程序設計步驟流程圖 擬制設計任務書 建立或修改數學類型 確立算法 編制或修改流程圖 編制或修改程序 匯編通過 上機調試 調試通過 試運行通過 完成 Y Y N 程序有大問題 N Y Y N 5.1 程序設計整體流程圖 通過對本設計的了解，可以知道軟件的主要作用是通過單片機來控制打印機、鍵盤、液晶顯示器三個外接設備。當數據選通信號為上升沿時，單片機上的8位并行數據寫入到打印機內鎖存；忙判斷信號BUSY為高電平時，此時，單片機不能向打印機發(fā)送數據。當打印機忙時，調用顯示，使液晶顯示屏顯示當前打印的信息，并可通過按鍵來改變打印數值。 首先，進行整個程序的初始化及清屏。當有按鍵按下時，程序判斷是哪個鍵被按下，然后執(zhí)行相應的按鍵功能，并調用液晶顯示器，顯示所打印的內容；當沒有鍵按下時，返回鍵盤掃描，再判斷是否有鍵被按下。 本次程序設計的整體流程圖，如圖5-2所示： Y 清屏 調用顯示 鍵盤掃描 判斷哪個鍵被按下 執(zhí)行相應的按鍵功能 圖5-2 程序設計整體流程圖 初始化 N 鍵被按下 5.2 鍵處理的流程圖 鍵盤部分應實現如下功能：首先，對鍵盤進行掃描，判斷是否有鍵被按下。如果沒有，則轉回鍵盤掃描，看下次是否有鍵被按下；如果有鍵被按下，則先對鍵進行去抖動，然后算出是哪個鍵被按下，再延時等待鍵釋放。因為每一個鍵都對應一個處理子程序，得到閉合鍵的鍵碼后，就可以根據鍵碼，轉相應的鍵處理子程序（分支是使用JMP等散轉指令實現的），進行字符、數據的輸入或命令的處理。這樣就可以實現該鍵所設定的功能。 根據上述說明，畫出本次程序設計的鍵處理流程圖，如圖5-3所示： Y N 開始 鍵掃描 去抖動 鍵碼計算 JMP@A+DPTR A=00H 01＃鍵 處理程序 00＃鍵 處理程序 …＃鍵 處理程序 …＃鍵 處理程序 … A=01H A=‥H A=nnH 圖5-3 鍵處理流程圖 鍵釋放 有無鍵按下 Y N 6 顯示與測試結果 整個電路接通后，當鍵盤中打印按鍵按下時，微型打印機開始工作，打印所設定的漢字，同時在液晶顯示屏上顯示所打印的內容；當打印完畢后，顯示屏上顯示打印完畢。當按下第十五鍵時，顯示屏清屏并顯示漢字和“請輸入：”，微型打印機等待打印。當按下數字鍵中任何一個時，顯示屏上顯示相應數字同時微型打印機打印該數字。 具體打印顯示結果如下圖6-1所示： 按鍵選擇 液晶顯示器顯示 按 下 打印鍵 天津工程師范學院通信0201班曹寶爽畢業(yè)設計。 按 下 十五鍵 按 下 數字鍵1 天津工程師范學院通信0201班曹寶爽畢業(yè)設計。請輸入： 天津工程師范學院通信0201班曹寶爽畢業(yè)設計。請輸入：1 圖6-1 打印顯示示例 7 結 論 此設計體現了由單片機控制的微型打印機的眾多優(yōu)點：多功能超小體積，可用電池供電，設計緊湊，方便操作，可打印的內容及其形式具有多樣性，節(jié)約資源（低耗材），耐用性強，打印精度高，且保證打印噪音低。在本次設計中，實現了利用微型打印機打印出一段固定的文字，并可以任意打印出0～9十個阿拉伯數字，同時在液晶顯示器上顯示所打印的內容；在不超過單片機內存的情況下，根據改編程序重新設定一些字符或者表格等，就可以將所設定的內容打印且顯示出來。 在設計制作微型打印機控制電路的過程當中，遇到了不少問題。例如，在打印過程中，會出現只打印出字的一半的情況，即字的上半部分不對應該字的下半部分，原因是代碼順序調反；還有一種情況就是打印亂碼，原因是打印機對單片機造成干擾。而設計制作直流穩(wěn)壓電源時，發(fā)現應用三端集成穩(wěn)壓電路MC7805輸出的電壓雖然可以達到5V，但是提供的電流較小，使微型打印機無法正常工作。把MC7805換成大電流穩(wěn)壓器件LM317，可得到較大的電流。由于帶負載較重導致穩(wěn)壓器件本身過熱，因此在穩(wěn)壓器件上加了散熱片，防止器件過熱燒壞。本設計由于水平有限，電路及程序設計還有需要改進的地方，在今后的學習和研究中，將繼續(xù)改進完善。 另外在調試過程中，以保證作品實現功能準確為前提，盡量做到電路簡單、美觀，效果好成本低，以增強其實用價值。 參考文獻 [1] 李廣弟，朱月秀，王秀山．單片機基礎，第2版（修訂版），北京航空航天大學出版社，2001年，1-221． [2] 梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸等．單片機原理及接口技術，第1版，清華大學出版社 北京交通大學出版社，2004年，244-248． [3] 吳景狄．單片機的總線與口線，電子世界，2001年，第1期，32-33． [4] 公茂法，馬寶甫，孫晨．單片機人機接口實例集，第1版，北京航空航天大學出版社，1998年，63-119，155-168． [5] 陳寶江，翟勇，張幽彤等．MCS單片機應用系統(tǒng)實用指南，第1版，機械工業(yè)出版社，1998年，345-348． [6] 胡漢才．單片機原理及其接口技術，第2版，清華大學出版社，2004年，126-166． [7] 趙性初．單片機微型計算機原理與接口技術，第1版，華中理工大學出版社，1993年，136-138． [8] 蔡瑩．液晶技術與電子紙，電子產品世界，2003年，第21期，38-40． [9] 丁易新．OCMJ圖形液晶顯示器與AVR單片機的接口設計，中國無線電電子學文摘，2005年，第31（4）期，48-50． [10] 周仕鳳．用MCS-51做LCD接口實驗，電子世界，2002年，第8期，37． [11] 肖健，李華文，梁家毅．字符型液晶顯示模塊與單片機的接口技術，電子產品世界，2002年，第17期，68-69． [12] 李鵬飛．AVR單片機與4×4小鍵盤的使用，無線電，2006年，第5期，39-41． [13] 吳景狄．單片機的鍵盤及LED數碼顯示接口，電子世界，2001年，第4期，30-31． [14] 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉．8051單片機實踐與應用，第1版，清華大學出版社，2001年，163-166． [15] 譚博學，苗匯靜，唐詩等．集及成電路原理應用，第1版，電子工業(yè)出版社，2003年，206-222． [16] 黃智偉，王彥，陳文光等．全國大學生電子設計競賽訓練教程，第1版，電子工業(yè)出版社，2004年，73-80． [17] WU Xunwei,HANG Guoqiang．Low power DC circuits employing AC power supply，SCIENCE IN CHINA (INFORMATION SCIENCES)，2002,， Vol.45 No.3，232． 致 謝 畢業(yè)設計是我大學本科學習的過程向學校、社會交出的一張總結答卷。它不僅是我對大學四年所學知識的總結，也是把所學知識融會貫通運用到實踐中的一次嘗試，是衡量我四年學習成果的一個必要標準。 通過此次的畢業(yè)設計，不僅使我深刻的鞏固以往的所學習本專業(yè)的知識，也實際熟練了本專業(yè)的技能操作。在畢業(yè)設計過程中，通過翻閱有關微型打印機方面的書集，拓寬了我的知識面，并對單片機的知識有了總體的理解，經過了反復思考的過程。這讓我能夠深刻的體會到基礎的理論知識與實際實現還是存在的差異，實際應用中還要考慮各個方面的因素，這給我以后的學習和工作奠定了堅實的基礎。 在畢業(yè)設計即將結束之際，我要感謝我的指導教師李杰老師以及胡建明老師。從畢業(yè)設計的準備到結束，他們在畢業(yè)設計過程中給予了我多方面的支持和幫助。因為有這些老師的大力幫助，使得我們可以很快的解決制作過程中所遇到的問題和困難，也使得我們從中學習到許多知識及做人的道理，增強了我們自主學習和動手的能力，為我們今后步入工作崗位打下了良好的基礎。 在此我還要感謝和我一起完成畢業(yè)設計的同學們，特別感謝陳海山和劉全剛兩位同學所給予我的幫助。在這次設計中我們緊密合作、互相協(xié)商，不僅鍛煉了我們的溝通能力，而且培養(yǎng)了我們的團隊精神。 最后還要感謝我生活以及學習了四年的學院，在這次畢業(yè)設計中提供給我們良好的環(huán)境以及便利的條件，讓我們全心投入到這次畢業(yè)設計中。 再次感謝所有幫助過我的人們！并祝愿我們學院越來越美好！ 附錄1：程序 COM EQU 34H ;指令寄存器 DAT EQU 35H ;數據寄存器 CWADD1 EQU 8400H ;寫指令代碼地址（左）