畢業(yè)論文設(shè)計(jì)基于LPC1700的USB針式打印機(jī)

1、USB針式穿孔打印機(jī)基于LPC1700姓 名： 陳 蘇 強(qiáng) 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 畢 業(yè) 院 校： 福建師范大學(xué) 所 屬 部 門(mén)： 嵌入式系統(tǒng)事業(yè)部 指導(dǎo)工程師： 藍(lán)武強(qiáng) 提 交 時(shí) 間： 2009 年 4 月 28 日學(xué)位論文目 錄第1章 緒論1項(xiàng)目研究的背景和意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1系統(tǒng)功能指標(biāo)1第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)2微型打印機(jī)2熱敏打印機(jī)2激光打印機(jī)2針式打印機(jī)2總線(xiàn)概述3的開(kāi)發(fā)目的3設(shè)計(jì)特色3系統(tǒng)構(gòu)成4的包結(jié)構(gòu)4的描述符及其之間的關(guān)系5的傳輸類(lèi)型6系列微處理器6第3章 總體方案設(shè)計(jì)7總體方案設(shè)計(jì)7液晶屏7第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8核心板工作外圍器件8復(fù)位電路8時(shí)鐘電路8接口電

2、路9電源電路設(shè)計(jì)10系統(tǒng)用電分析10電源電路選型10接口電路設(shè)計(jì)10打印機(jī)芯電路設(shè)計(jì)10主位置檢測(cè)10缺紙檢測(cè)10黑標(biāo)檢測(cè)10托架步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)10走紙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)10打印頭保護(hù)與驅(qū)動(dòng)電路10液晶顯示電路設(shè)計(jì)10字庫(kù)芯片電路設(shè)計(jì)10第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)11上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)11通信協(xié)議11枚舉過(guò)程11軟件包12打印機(jī)ESC/POS協(xié)議命令13打印機(jī)芯底層驅(qū)動(dòng)13液晶顯示13字庫(kù)芯片13第6章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析14軟件調(diào)試14硬件調(diào)試14第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄A17第1章 緒論1.1 項(xiàng)目研究的背景和意義嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)今IT界最熱門(mén)的概念之一，隨著ARM技術(shù)的不斷推廣，現(xiàn)在人們的日常生

3、活中，早已存在許許多多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，如天天必用的手機(jī)以及現(xiàn)在流行的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)等等?？梢哉f(shuō)嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、個(gè)人家庭等的方方面面。隨著打印技術(shù)的不斷發(fā)展，打印機(jī)與我們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系越來(lái)越來(lái)密切。微型打印機(jī)，作為打印機(jī)中重要的一員，它因體積小、操作電壓低等特點(diǎn)，在我們的日常生活中得到廣泛的利用。近年來(lái)，噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)迅速發(fā)展，而打印機(jī)產(chǎn)品線(xiàn)中“資格”最老的針式打印機(jī)漸漸淡出了用戶(hù)的視野。實(shí)際上，由于工作原理的特殊性，目前只有針式打印機(jī)才能夠進(jìn)行多層票據(jù)的復(fù)寫(xiě)打印，并且打印的票據(jù)可用于長(zhǎng)久保存。也正因如此，針式打印機(jī)在金融、稅務(wù)、電

4、信、商務(wù)等行業(yè)中占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額?？梢哉f(shuō)，針式打印機(jī)在成熟應(yīng)用的過(guò)程中不斷找到了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，并不斷在推動(dòng)著市場(chǎng)的發(fā)展。本畢業(yè)設(shè)計(jì)提供一款以USB接口為數(shù)據(jù)傳輸通道的針式打印機(jī)。該打印機(jī)不僅能通過(guò)USB接口快速與PC機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)所需信息的打印功能，同時(shí)亦能在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示打印狀態(tài)。良好的人機(jī)交互界面使用戶(hù)操作起來(lái)更簡(jiǎn)單，實(shí)用。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.3 系統(tǒng)功能指標(biāo)第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)2.1 微型打印機(jī)微型打印機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中十分重要的設(shè)備之一。作為計(jì)算機(jī)的輸出，它將文字和圖片等信息轉(zhuǎn)化為各種紙制文檔，因此在人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中不可缺少。打印機(jī)種類(lèi)繁多，從工作方式可

5、以分為：針式打印機(jī)、熱敏打印機(jī)、激光打印機(jī)和其他特種打印機(jī)。2.1.1 熱敏打印機(jī)熱敏打印機(jī)是比較常見(jiàn)的一種打印機(jī)，它的工作關(guān)鍵部分在于熱敏元件。熱敏元件是打印機(jī)機(jī)芯上的一排微小的發(fā)熱電阻，這些元件排列的很緊密，當(dāng)熱敏元件通過(guò)一定的電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，而熱敏介質(zhì)在高溫下則會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并改變顏色，因此在打印紙上顯示出需要的信息。熱敏打印機(jī)具有體積小、打印速度快、噪音低、打印清晰，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但它也存在缺點(diǎn)，因?yàn)槠涫褂玫氖菬崦艏?，所以不能無(wú)限期保存，一般只能保存一年到五年。2.1.2 激光打印機(jī)激光打印是一種新型打印方式，以其使用起來(lái)快速、方便，精度高的特點(diǎn)廣泛運(yùn)用在各種臺(tái)式打印機(jī)當(dāng)中。它相對(duì)

6、于傳統(tǒng)的打印機(jī)區(qū)別在于：激光打印機(jī)逐頁(yè)掃描，一次就能實(shí)現(xiàn)整張紙的打印，不需要像傳統(tǒng)打印方式那樣來(lái)回移動(dòng)打印頭，因此其打印速度上具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，適合打印數(shù)量大，任務(wù)重的場(chǎng)合，如大型商務(wù)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)、印刷領(lǐng)域等等。但是激光打印機(jī)也有其缺點(diǎn)就是打印硒鼓很容易損害，需要經(jīng)常更換，因此該種打印機(jī)容易造成資源的浪費(fèi)，不易實(shí)現(xiàn)環(huán)保。同時(shí)，激光打印機(jī)體積、重量較大，價(jià)錢(qián)也相對(duì)的高，在很多實(shí)際打印數(shù)量，速度要求并不高的場(chǎng)合，并不是很適用。2.1.3 針式打印機(jī)針式打印機(jī)是通過(guò)打印頭的伸縮沖擊色帶實(shí)現(xiàn)打印效果的，其缺點(diǎn)在于噪聲較高、分辨率較低、打印針易損壞，但近年來(lái)由于技術(shù)的發(fā)展，較大地提高了針式打印機(jī)的打印速度

7、、降低了打印噪聲，改善了打印品質(zhì)，并使針式打印機(jī)向著專(zhuān)用化、專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展。目前的針式打印機(jī)在性能方面有了很大的提高。就易用性來(lái)說(shuō)，經(jīng)常需要面對(duì)厚度不同、輸出方式各異的打印材料以及各種不同的使用環(huán)境。而針式打印機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)、操作方便，適合在長(zhǎng)期負(fù)荷的惡劣環(huán)境，公共場(chǎng)所等對(duì)字跡不十分苛求的場(chǎng)合中使用。表 2.1 不同打印機(jī)性能比較類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用環(huán)境針式打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，打印字跡保存時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格便宜，環(huán)保性好速度慢，噪聲大，分辨率低，要更換色帶可在惡劣的環(huán)境條件下工作，對(duì)字跡要求不十分苛刻 熱敏打印機(jī)體積小、打印速度快、噪音低、打印清晰，使用方便打印字跡保存時(shí)間較短，控制不當(dāng)

8、極易燒壞打印頭如銀行自助終端設(shè)備等少量漢字圖像打印設(shè)備激光打印機(jī)精度高，速度快，噪聲低，打印信息量大，效率高價(jià)格昂貴，體積大，打印硒鼓易壞，不利于環(huán)保批量打印，印刷領(lǐng)域基于以上各式打印機(jī)的比較分析，由于本設(shè)計(jì)對(duì)打印信息量及速度沒(méi)有很高的要求，因此準(zhǔn)備采用9陣針式打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單字符，圖形的基本打印功能。2.2 USB總線(xiàn)概述2.2.1 USB的開(kāi)發(fā)目的通用串行總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)目的主要基于以下三點(diǎn)考慮：(一)計(jì)算機(jī)與電話(huà)之間的連接：顯然用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信將是下一代計(jì)算機(jī)基本的應(yīng)用。機(jī)器和人們的數(shù)據(jù)交互流動(dòng)需要一個(gè)廣泛而又便宜的連通網(wǎng)絡(luò)。然而，由于目前產(chǎn)業(yè)間的相互獨(dú)立發(fā)展,尚未建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),而US

9、B則可以廣泛的連接計(jì)算機(jī)和電話(huà)。(二)易用性：眾所周知,PC機(jī)的改裝是極不靈活的。對(duì)用戶(hù)友好的圖形化接口和一些軟硬件機(jī)制的結(jié)合，加上新一代總線(xiàn)結(jié)構(gòu)使得計(jì)算機(jī)的沖突大量減少，且易于改裝。但以終端用戶(hù)的眼光來(lái)看，PC機(jī)的輸入/輸出，如串行/并行端口、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、操縱桿接口等，均還沒(méi)有達(dá)到即插即用的特性，USB正是在這種情況下問(wèn)世的。(三)端口擴(kuò)充：外圍設(shè)備的添加總是被相當(dāng)有限的端口數(shù)目限制著。缺少一個(gè)雙向、價(jià)廉、與外設(shè)連接的中低速的總線(xiàn)，限制了外圍設(shè)備(諸如電話(huà)/電傳/調(diào)制解調(diào)器的適配器、掃描儀、鍵盤(pán)、PDA)的開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)有的連接只可對(duì)極少設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于PC機(jī)的新的功能部件的添加需定義一個(gè)新的接

10、口來(lái)滿(mǎn)足上述需要，USB就應(yīng)運(yùn)而生。它是快速、雙向、同步、動(dòng)態(tài)連接且價(jià)格低廉的串行接口，可以滿(mǎn)足PC機(jī)發(fā)展的現(xiàn)在和未來(lái)的需要。2.2.2 USB設(shè)計(jì)特色USB的規(guī)范能針對(duì)不同的性能價(jià)格比要求提供不同的選擇，以滿(mǎn)足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng)不同的功能，其主要特色可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：(1) 終端用戶(hù)的易用性：l 為接纜和連接頭提供了單一模型；l 電氣特性與用戶(hù)無(wú)關(guān)；l 自我檢測(cè)外設(shè)，自動(dòng)地進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)、設(shè)置；l 動(dòng)態(tài)連接，動(dòng)態(tài)重置的外設(shè)。(2) 廣泛的應(yīng)用性：l 適應(yīng)不同設(shè)備，傳輸速率從幾千比特率到幾十兆比特率；l 在同一線(xiàn)上支持同步、異步兩種傳輸模式；l 支持對(duì)多個(gè)設(shè)備的同時(shí)操作；l 可同時(shí)操作127

11、個(gè)物理設(shè)備；l 在主機(jī)和設(shè)備之間可以傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和信息流；l 支持多功能的設(shè)備；l 利用低層協(xié)議，提高了總線(xiàn)利用率。(3) 同步傳輸帶寬：l 確定的帶寬和低延遲適合電話(huà)系統(tǒng)和音頻的應(yīng)用；l 同步工作可以利用整個(gè)總線(xiàn)帶寬。(4) 靈活性：l 直接一系列大小的數(shù)據(jù)包，允許對(duì)設(shè)備緩沖器大小的選擇；l 通過(guò)指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小和執(zhí)行時(shí)間，支持各種數(shù)據(jù)傳輸率；l 通過(guò)協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖處理。(5) 健壯性：l 出錯(cuò)處理/差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制在協(xié)議中使用；l 對(duì)用戶(hù)感覺(jué)而言，熱插拔是完全實(shí)時(shí)的；l 可以對(duì)有缺陷設(shè)備進(jìn)行認(rèn)定。(6) 與PC產(chǎn)業(yè)的一致性：l 協(xié)議的易實(shí)現(xiàn)性和完整性；l 與PC機(jī)的即插即用的體系結(jié)構(gòu)的

12、一致；l 對(duì)現(xiàn)存操作系統(tǒng)接口的良好銜接。(7) 價(jià)廉物美：l 以低廉的價(jià)格提供兆比特率的子通道設(shè)施；l 將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)化的集成；l 促進(jìn)了低價(jià)格的外設(shè)的發(fā)展；l 廉價(jià)的電纜和連接頭；l 運(yùn)用了商業(yè)技術(shù)。(8) 升級(jí)路徑：l 體系結(jié)構(gòu)的可升級(jí)性支持了在一個(gè)系統(tǒng)中可以有多個(gè)USB主機(jī)控制器。2.2.3 USB系統(tǒng)構(gòu)成USB總線(xiàn)由以下4個(gè)主要部分組成：l 主機(jī)與設(shè)備：這是USB系統(tǒng)中的主要構(gòu)件；l 物理構(gòu)成：這是指USB元件的連接方法；l 邏輯構(gòu)成：不同的USB元件所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧拓?zé)任，以及主從機(jī)和設(shè)備的角度出發(fā)USB總線(xiàn)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)；l 客戶(hù)軟件與設(shè)備功能接口的關(guān)系。主機(jī)的每一個(gè)層次分別

13、對(duì)應(yīng)設(shè)備的相應(yīng)層次，通過(guò)邏輯通道連接起來(lái)，客戶(hù)軟件通過(guò)邏輯連接可以直接控制設(shè)備的接口模塊。這種連接使軟件控制與接口一一對(duì)應(yīng)，用戶(hù)使用起來(lái)可以更加簡(jiǎn)單、快捷。2.2.4 USB的包結(jié)構(gòu)USB總線(xiàn)上傳輸數(shù)據(jù)是以包為基本單位的。一個(gè)包被分成不用的域。根據(jù)不同類(lèi)型的包，所包含的域是不一樣的，但是不同的包有個(gè)共同的特點(diǎn)。它都要以同步域開(kāi)始，緊跟著一個(gè)包標(biāo)識(shí)符PID(Packet Identifier)，最終以包結(jié)束符EOP（End Of Packet）來(lái)結(jié)束這個(gè)包。所有的包都從同步域（SYNC）開(kāi)始的，同步域是產(chǎn)生最大的邊緣轉(zhuǎn)換密度（Edge TransitionDensity）的編碼序列。同步域作為空

14、閑狀態(tài)出現(xiàn)在總線(xiàn)上，后面跟著以NRZI編碼的二進(jìn)制串“KJKJKJKK”。通過(guò)被定義為8位長(zhǎng)的二進(jìn)制串，輸入電路以本地時(shí)鐘對(duì)齊輸入數(shù)據(jù)。同步域是用于同步的機(jī)制，同步域里的最后的2位是同步域結(jié)束的記號(hào)，并且標(biāo)志了包標(biāo)識(shí)符（PID，Packet Identifer）的開(kāi)始。所有USB包的同步字段后都緊跟著包標(biāo)識(shí)符（PID）。如圖 2.1所示，包標(biāo)識(shí)符由4位的包類(lèi)型字段和其后的4位的校驗(yàn)字段構(gòu)成。包標(biāo)識(shí)符指出了包的類(lèi)型，并由此隱含地指出了包的格式和包上所用錯(cuò)誤檢測(cè)的類(lèi)型。包標(biāo)識(shí)符的4位的校驗(yàn)字段可以保證包標(biāo)識(shí)符譯碼的可靠性，這樣包的余項(xiàng)也就能被正確地解釋。包標(biāo)識(shí)符的校驗(yàn)字段通過(guò)對(duì)包類(lèi)型字段的二進(jìn)制的

15、求反碼產(chǎn)生的。如果4 個(gè)PID檢驗(yàn)位不是它們的各自的包標(biāo)識(shí)符位的補(bǔ)，則說(shuō)明存在PID錯(cuò)。圖 2.1 PID格式主機(jī)和所有功能部件都必須對(duì)得到全部PID字段實(shí)行完整的譯碼。任何收到包標(biāo)識(shí)符，如果含有失敗的校驗(yàn)字段，或者經(jīng)譯碼得到未定義的值，則該包標(biāo)識(shí)符被假定是被損壞的，而且包的余項(xiàng)將被包接收機(jī)忽略（Ignore）。如果一個(gè)功能部件（Function）收到了包含了它所不支持的事務(wù)類(lèi)型或方向的合法包標(biāo)識(shí)符，則不必應(yīng)答。例如，只能輸入的端口（IN-only Endpoint）必須忽略輸出標(biāo)記（Token）。表 2.2列出了包標(biāo)識(shí)符類(lèi)型，編碼及其描述。表 2.2 PID類(lèi)型描述PID類(lèi)型PID名PID3

16、:0說(shuō)明令牌包OUT0001B通知設(shè)備將要輸出數(shù)據(jù)IN1001B通知設(shè)備將要輸入數(shù)據(jù)SOF0101B通知設(shè)備這是一個(gè)幀起始符SETUP1101B通知設(shè)備將要開(kāi)始一個(gè)控制傳輸數(shù)據(jù)包DATA00011B不同類(lèi)的數(shù)據(jù)包DATA11011BDATA20111BMDATA1111B握手包ACK0010B確認(rèn)NAK1010B不確認(rèn)STALL1110B掛起NYET0110B未準(zhǔn)備好包結(jié)束符EOP，對(duì)于高速設(shè)備和全速/低速設(shè)備也是不一樣的。全速/低速設(shè)備的EOP是D+和D-同時(shí)保持大約兩個(gè)數(shù)據(jù)位寬度的低電平。對(duì)于高速設(shè)備則是故意位填充錯(cuò)誤來(lái)表示。2.2.5 USB的描述符及其之間的關(guān)系USB是一個(gè)總線(xiàn)，只提供

17、了一個(gè)傳輸通道，具體的一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)什么功能，由設(shè)備自己決定的。而USB設(shè)備的描述符即是對(duì)USB設(shè)備屬性的說(shuō)明。標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備有5種USB描述符，分別是設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點(diǎn)描述符、字符串描述符。一個(gè)USB設(shè)備有且只有一個(gè)設(shè)備描述符。設(shè)備描述符決定該設(shè)備有多少配置，每一個(gè)配置都有一個(gè)配置描述符；而每一個(gè)配置描述符又定義了該配置的接口數(shù)，每一個(gè)接口都有一個(gè)接口描述符；在接口描述符又定義了該接口有多少個(gè)端點(diǎn)，每個(gè)端點(diǎn)都有一個(gè)端點(diǎn)描述符；端點(diǎn)描述符定義了端點(diǎn)的大小、類(lèi)型等。因此它們的關(guān)系是一種層次行的結(jié)構(gòu)。這5個(gè)描述符的信息如下：l 設(shè)備描述符：設(shè)備所使用的USB協(xié)議版本號(hào)、設(shè)備類(lèi)

18、型、端點(diǎn)0的最大包大小、廠商ID（VID）和產(chǎn)品ID（PID）、設(shè)備版本號(hào)、廠商字符串索引、產(chǎn)品字符串索引、設(shè)備序列號(hào)索引、可能的配置數(shù)等；l 配置描述符：配置所包含的接口數(shù)、配置的編號(hào)、供電方式、是否支持遠(yuǎn)程喚醒、電流需求量等；l 接口描述符：接口的編號(hào)、接口的端點(diǎn)數(shù)、接口所使用的類(lèi)、子類(lèi)、協(xié)議等；l 端點(diǎn)描述：端點(diǎn)號(hào)及方向、端點(diǎn)的傳輸類(lèi)型、最大包長(zhǎng)度、查詢(xún)間隔時(shí)間等；l 字符串描述符：提供一些方便人們閱讀的信息、它不是必需的。2.2.6 USB的傳輸類(lèi)型雖然USB定義了數(shù)據(jù)在總線(xiàn)傳輸?shù)幕締挝皇前?，但是不能隨意地使用包來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，必須按照一定的關(guān)系將包組織成事務(wù)才能傳輸數(shù)據(jù)。USB協(xié)議規(guī)定

19、了4種傳輸類(lèi)型：控制傳輸、中斷傳輸、批量傳輸和同步傳輸。其中，批量傳輸、中斷傳輸、同步傳輸每傳輸一次數(shù)據(jù)都是一個(gè)事務(wù)；控制傳輸包括三個(gè)過(guò)程，建立過(guò)程和狀態(tài)過(guò)程分別是一個(gè)事務(wù)，數(shù)據(jù)過(guò)程則可能是多個(gè)事務(wù)。l 控制傳輸：主要用于主機(jī)把命令傳給設(shè)備及設(shè)備把狀態(tài)返回給主機(jī)。任何一個(gè)USB設(shè)備都必須支持一個(gè)與控制傳輸類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)0；l 中斷傳輸：用來(lái)至此那些偶然需要少量的數(shù)據(jù)通信，但服務(wù)時(shí)間受到限制的設(shè)備。中斷傳輸常常用于鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、游戲手柄上；l 批量傳輸：用來(lái)傳輸大量數(shù)據(jù)而沒(méi)有周期和傳輸速率的設(shè)備上。批量傳輸方式并不能保證傳輸?shù)乃俾剩梢员ＷC傳輸?shù)目煽啃?，?dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)要求發(fā)送方重發(fā)；l 同步傳

20、輸：同步傳輸要求一個(gè)恒定的速率。同步傳輸方式的發(fā)送和接收都必須保證傳輸速率的匹配，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。2.3 LPC1700系列微處理器第3章 總體方案設(shè)計(jì)3.1 總體方案設(shè)計(jì)USB針式打印機(jī)基本工作原理：打印機(jī)通過(guò)USB串行通信總線(xiàn)接收到PC機(jī)發(fā)送的打印控制命令、字符打印命令和圖形打印命令，這些命令經(jīng)過(guò)微控制器進(jìn)行處理解碼并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。同時(shí)控制器從字庫(kù)芯片中尋找到相應(yīng)的字符字形編碼的首地址，并按照順序一列一列地找出字符或圖形的編碼，并將該編碼送到打印頭驅(qū)動(dòng)控制電路，控制打印頭內(nèi)打印針伸縮沖擊雙層復(fù)寫(xiě)紙，即可在打印紙上打印出相應(yīng)的字符、漢字或圖形。在打印過(guò)程中，產(chǎn)生行間距和字間距，一行印

21、完后，啟動(dòng)輸紙步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)打印膠棍和打印紙走紙一行。系統(tǒng)還添加了打印頭位置檢測(cè)和探測(cè)器缺紙檢測(cè)電路，以及人機(jī)交互設(shè)備。USB針式打印機(jī)的整體原理框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)原理框圖3.2 TFT液晶屏系統(tǒng)采用了TFT208E-8液晶屏，該模塊采用的TFT液晶屏，內(nèi)置HX8347液晶控制器，分辨率為240*320，最大色彩262K，該液晶屏支持并行接口、串行接口及RGB接口，可以通過(guò)BS0、BS1、BS2引腳的電平狀態(tài)選擇接口模式。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 核心板工作外圍器件打印機(jī)控制系統(tǒng)選用LPC1700系列的LPC1766芯片做為微控制器，它的CPU操作時(shí)鐘頻率高達(dá)100MHz，要

22、想使芯片穩(wěn)定工作，必備的外圍電路是不可缺少的。4.1.1 復(fù)位電路復(fù)位信號(hào)分上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位，由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作電壓等特性導(dǎo)致噪聲容限低，對(duì)電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能，時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控等諸多方面也提出了更高的要求，特別是復(fù)位信號(hào)的紋波，當(dāng)復(fù)位信號(hào)有效時(shí)間超過(guò)60uS,時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行復(fù)位操作。在LPC1766的核心板上用了專(zhuān)用的微處理器電源監(jiān)控芯片CAT811S（S系統(tǒng)的復(fù)位電壓為2.93V）以提高系統(tǒng)的可靠性，必免由于電源電壓不穩(wěn)定，或者手動(dòng)復(fù)位時(shí)抖動(dòng)過(guò)大引起多次重復(fù)復(fù)位操作。如圖 4.1所示，復(fù)位信號(hào)nRST連接到LPC1766的復(fù)位腳（低電平復(fù)位）。圖 4.1 復(fù)

23、位電路RST是手動(dòng)復(fù)位信號(hào)，J_nRST是來(lái)自JTAG的復(fù)位信號(hào)，用于下載程序時(shí)對(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位，有效的手動(dòng)復(fù)位信號(hào)或者JTAG復(fù)位信號(hào)都將導(dǎo)致SYS_RST輸出低電平，SYS_RST接到CAT811S的芯片手動(dòng)復(fù)位引腳nMR端，當(dāng)有復(fù)位信號(hào)出現(xiàn)時(shí)輸出nRST保持140mS的有效電平直接接到LPC1766的復(fù)位引腳。4.1.2 時(shí)鐘電路LPC1766是基于Cortex-M3內(nèi)核的芯片，它包含3個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源，分別是主振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器和RTC振蕩器，每個(gè)振蕩器可根據(jù)不同應(yīng)用要求選擇使用。復(fù)位時(shí)，芯片會(huì)選擇內(nèi)部RC振蕩器作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，這使得系統(tǒng)能在沒(méi)有外部晶振的情況下運(yùn)行，用戶(hù)可以通過(guò)軟件

24、方式修改具體使用哪個(gè)時(shí)鐘源。內(nèi)部RC振蕩器可用于看門(mén)狗定時(shí)器，也可作為鎖相環(huán)的時(shí)鐘源，但是RC振蕩器的精度達(dá)不到USB接口的時(shí)間基準(zhǔn)精度，因此在使用LPC1766時(shí)必須使用精度更高的外部晶體振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘源。外部晶體振蕩器又稱(chēng)主振蕩器，可作為CPU的時(shí)鐘源，主振蕩器工作在1MHz25MHz，可以通過(guò)鎖相環(huán)倍頻達(dá)到100MHz,在系統(tǒng)中系統(tǒng)12MHz的外部晶體振蕩器通過(guò)鎖相環(huán)8倍頻后，使CPU工作在96MHz。KHz，可產(chǎn)生精度為1mS的時(shí)鐘源，1mS的時(shí)鐘源是沒(méi)有誤差的，具體時(shí)鐘源接法如圖 4.2所示。圖 4.2 外部晶體振蕩器4.1.3 JTAG接口電路4.2 電源電路設(shè)計(jì)4.2.1 系

25、統(tǒng)用電分析4.2.2 電源電路選型1 24V電源電路2 5V電源電路3 電路4.3 USB接口電路設(shè)計(jì)1 USB電纜2 USB接口的電氣特性4.4 打印機(jī)芯電路設(shè)計(jì)4.4.1 主位置檢測(cè)4.4.2 缺紙檢測(cè)4.4.3 黑標(biāo)檢測(cè)4.4.4 托架步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1 托架步進(jìn)電機(jī)特性2 托架步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.4.5 走紙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1 走紙步進(jìn)電機(jī)特性2 走紙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.4.6 打印頭保護(hù)與驅(qū)動(dòng)電路1 打印頭保護(hù)電路2 打印頭驅(qū)動(dòng)電路4.5 TFT液晶顯示電路設(shè)計(jì)4.6 字庫(kù)芯片電路設(shè)計(jì)第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件使用的是的，在整個(gè)上位機(jī)軟件中采用多線(xiàn)程的工作方式來(lái)對(duì)打

26、印機(jī)進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收打印機(jī)的打印狀態(tài)。其主線(xiàn)程的工作流程如圖 5.1所示圖 5.1 上位機(jī)主線(xiàn)程流程圖5.2 USB通信協(xié)議5.2.1 USB枚舉過(guò)程要使主機(jī)識(shí)別一個(gè)USB設(shè)備必須經(jīng)過(guò)一個(gè)枚舉過(guò)程，主機(jī)使用總線(xiàn)枚舉來(lái)識(shí)別和管理必要的設(shè)備狀態(tài)變化，總線(xiàn)枚舉過(guò)程如下：(1) 設(shè)備連接。USB設(shè)備接入U(xiǎn)SB總線(xiàn)。(2) 設(shè)備上電。USB設(shè)備可以使用USB總線(xiàn)供電，也可以使用外部電源供電。(3) 主機(jī)檢測(cè)到設(shè)備，發(fā)出復(fù)位信號(hào)。設(shè)備連接到總線(xiàn)后，主機(jī)通過(guò)檢測(cè)設(shè)備在總線(xiàn)上的上拉電阻檢測(cè)到有新的設(shè)備連接，并獲悉該設(shè)備是全速還是低速設(shè)備，然后主機(jī)向該端口發(fā)送一個(gè)復(fù)位信號(hào)。(4) 設(shè)備缺省狀態(tài)。設(shè)備要從總

27、線(xiàn)上接收到一個(gè)復(fù)位的信號(hào)后才可以對(duì)總線(xiàn)的處理操作作出響應(yīng)。設(shè)備接收到復(fù)位信號(hào)后就使用缺省地址（00H）來(lái)對(duì)其進(jìn)行尋址。(5) 地址分配。當(dāng)主機(jī)接收到有設(shè)備地缺省地址（00H）的響應(yīng)時(shí)，就對(duì)設(shè)備分配一個(gè)空閑的地址，設(shè)備以后就只對(duì)該地址進(jìn)行響應(yīng)。(6) 讀取USB設(shè)備描述符。主機(jī)讀取USB設(shè)備描述符，確認(rèn)USB設(shè)備的屬性。(7) 設(shè)備配置。主機(jī)依照讀取的USB設(shè)備描述符來(lái)進(jìn)行配置，如果設(shè)備所需的USB資源得以滿(mǎn)足，就發(fā)送配置命令給USB設(shè)備，表示配置完畢。(8) 掛起。為了節(jié)省電源，當(dāng)總線(xiàn)保持空閑狀態(tài)超過(guò)3ms以后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就會(huì)進(jìn)入掛起狀態(tài)，在掛起狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的消耗電流不超過(guò)500A。當(dāng)被掛起時(shí)，USB設(shè)備保留了包括其地址和配置信息在內(nèi)的所有內(nèi)部狀態(tài)。完成以上的幾個(gè)步驟后，USB設(shè)備就可以使用了。在枚舉過(guò)程中，設(shè)備不一定要求進(jìn)入掛起狀態(tài)。5.2.2 ZLG/USB Device軟件包ZLG/USB Device軟件包是一個(gè)移植性強(qiáng)、易維護(hù)的軟件包，該軟件包綜合考慮USB協(xié)議和LPC1700系列Cortex-M3 USB設(shè)備控制器硬件的特點(diǎn)。表 5.1所示為L(zhǎng)PC170