基于SEP3203处理器的微型针式打印模块的设计方法

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摘要：文章介绍了基于东芯sep3203主处理器的微型针式打印模块SAMSUNG SMP150一种新型设计方法。重点阐述了打印针头驱动电路和黑表检测电路 ，并在此硬件设计基础介绍了上用ARM7驱动的SAMSUNG SMP150打印时序和纸张定位软件方法。

关键词：微型针式打印头；东芯SEP3203；定位；驱动电路

中图分类号：TP368文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)12-21645-02

A Design Method for Micro-dot-printer Based on SEP3203

REN Yi, GONG Xiang-yu

(Southeast university ASIC Center,Nanjing 210096,China)

Abstract:In this paper,the author show a design method that how to drive micro-dot-printer SAMSUNG SMP150 base on the micro-processor SEP3203 .It elaborates the drive circuit of print needle and black detection circuit. And on the foundation of this hardware design, it introduces the print schedule and the software method of paper orientation of SAMSUNG SMP150 which using ARM7 drive.

Key words:micro-dot-printer; SEP3203; orientation; drive circuit

1 引言

微型针式打模块由于体积小，重量轻，性价比高以及可以直接编程驱动打印针等优点，近年来在嵌入式系统中作为输出设备得到了广泛的应用。但由于针式打印模块控制信号较多，驱动时序复杂，目前市场上大部份使用到针式打印机的嵌入式设备，如税控机、智能交易终端等都会单独使用一片单片机和CPLD控制针式打印模块。这极大的增加了系统成本，给系统开发者提高了编程难度。本文以SAMSUNG SMP150微型针式打印模块为例，详细介绍了在以ARM7TDMI为内核的东芯SEP3203主处理器上驱动SMP150的软件实现以及相关的硬件驱动电路。

2 SAMSUNG SMP150简介

针式打印模块是利用机械和电路驱动原理，使打印针撞击色带和打印介质，进而打印出点阵，再由点阵组成字符或图形来完成打印任务的。SAMSUNG公司SMP150是连续打击式双向9针点阵打印机。其硬件结构主要包括一个纵向供纸电机和一个横向打印头托架电机；以及两个用于纸张检测定位的光传感器。当传感器侦测到打印纸张进如供纸电机，移动供纸电机，根据纸张的黑标区域进行定位。而后打印头托架电机横向移动，同时按照时序驱动打印针，从而实现字符于图标的打印。

3 硬件设计

在本例当中，主控制芯片采用东芯SEP3203，通常在以ARM7为内核的嵌入式设备当中，会使用一片FLASH作为存储器存放系统代码及相关资源。所以为节省成本，可以将打印字库存其中。SMP150对外共有30个接口，其中有18个输入控制引脚，主要用于对两个电机及打印针的控制。两个传感器输出信号，其中纸传感器的输出端口输出三态，用于表示有纸、无纸及黑标三个状态；剩余10个接口输入工作电压及接地。由于东芯SEP3203处理器芯片I/O口输出电压为3.3V，为了使I/O口电压与SMP150相匹配，同时提高驱动能力；处理器芯片I/O口与SMP150的输入输出口间使用74LS04或74LS05相连结。

由于SMP150打印模块的工作电压为24V，对于容易损坏的打印头电路设计应当特别注意对其的保护，只有在打印出针时才使打印针的才产生一个约340毫秒的高电平脉冲信号，其余时候置低，否则会缩短打印头的寿命。具体电路如图1。

由图可以看出，由于点8点10相接，使得在Head_Tigger电平没有变化时，三级管Q2始终处于截至状态；打印针输入口HEAD_SOL不受HEAD_PULSE控制置，电平置低。当Head_Tigger电平由高变低的瞬间，由于电容C3的存在，倒向器点9的变化要比点8产生一段延时，从而使得Q2在瞬间开启。此刻HEAD_SOL的电平由HEAD_SOL输入电压决定。这样，通过调整C3的容值，可以得到如下的时序(图2)：

图1 SMP150打印针驱动保护电路

图2 打印驱动时序

纸传感器在SMP150上使用一个I/O端口输出三态：当打印模块没有纸时，此I/O口电平为低；当纸传感器侦测到纸时，I/O口输出高电平5V；当纸张随进纸马达转动到黑标区域时，I/O口输出电平约1.2V左右。所以在该部分硬件设计上使用LM358作为比较器，将SMP150的此输出口扩展为两个，主处理器可以由此可以判断出三种状态。

图3中，PE_OUT作为纸传感信号输出，PAGE_BL被扩展为黑标信号输出；无纸时PE_OUT输出5V，将三级管Q1开启，此时PAGE_BL始终被拉低。有纸时，由于PE_OUT输出低电平，Q1被截至；而当纸传感器侦测到纸张的黑标区域时，调整R6阻值，使PE_OUT输出的1.2V电压被R6分压，低于Q1开启电压。这样在有纸状态下；通过调整R2和R3的阻值，给LM358一个基准电压，PE_OUT的翻转会得输出信号PAGE_BL，由此确定纸张的位置；真值表如表1所示。

图3 黑标定位电路

表1纸张定位真值表

4 软件设计

在实际打印过程中，如何选择的打印位置，精确定位是一个难点。对于SMP150打印模块，一般选用的纸张幅宽为76.2±0.5mm，长度为101.5mm左右。对于横向的托架电机由起始原点移动到纸张尾部，需要走180步；而对于纵向进纸电机，其步长为0.176mm,需要走约576步。为了精确定位，可以横向与纵向的步数建立一个坐标系。

图4 打印软件时序

SMP150打印模块的横向托架电机起始点有一个原位传感器，当托架电机处于原点位置时，该传感器输出低电平；当电机移动离开原点位置，传感器电平变高。将托架电机的原点处作为打印纸张横向坐标的零点。在确定纸张的纵向坐标时，对于第一张打印纸，可以通过纸传感器信号检测有纸无纸，从而找到纸张边缘，将此处作为纵向坐标的零点。

对于连续纸张的打印，就无法使用上述方法确定纵向坐标的原点；如果使用从一张纸的零点开始，进纸电机走固定步数来确定下一张打印纸的零点，这样必然会产生累计误差。所以在推荐使用黑标定位；只有在某些无黑标的打印纸上或是纸面状况复杂的清况下才会使用第一种方法。但在在实际使用当中，纸面状况往往很复杂；黑标区域内有些点因为黑度不够而未能被黑标传感器检测出来，而非黑标区域内的一些图案或汉字因为颜色过深而被误认为黑标点。所以，在软件设计当中，最好能够将两种方法结合用以确定打印坐标。

SMP150的打印是另一个难点，它的大致工作原理:横向移动的托架电机上有一个打印座，上面等距排有8根打印针A到F。当打印时，打印座从左向右移动，有驱动控制的打印针就迅速击打色带从而在打印纸上打印出一个点。由于字符或图形都是由点阵组成，故让字符或图形的点阵数据按一定规律去驱动相应的打印针，就可以让8个打印针配合打印出想打的字符或图形。下文将以16x16汉字为例说明具体的打印流程。

国标字库的点阵是横向排列的，以汉字“国”为例，对应的点阵字库{0x0000，0xFC7F，0x0440，0xF45F，0x0441，0x0441，0x0441，0xE44F，0x4441，0x2441，0x2441，0xF45F，0x0440，0x0440，0xFC7F，0x0440 }其中位为1的代表黑点。

在实际的打印过程中，SMP150首先将一行汉字点阵中的奇数行打印出来，然后进纸电机进纸一步，然后打印点阵的偶数行。所以在一行打印前需要将字库点阵重新排列，放入打印缓冲区。例如，要在坐标点（0x20 ，0x20）出打印“国”字；当横向托架电机位移到该点时，电机每走一步需要完成两个点的打印。在第一个时钟周期打印针A～F的值为{0，0，0，0，0，0，0，0}，这是点阵的第一列的奇数行；在第二个时钟周期A～F的值为{0，1，1，1，1，1，1，1}。当托架电机走完8步，到达坐标（0x28，0x20）时，完成对汉字“国”奇数行的打印。而后电机位移到（0x21，x20）进行偶数行打印。

5 结束语

本文主要介绍了基于用东芯SEP3203驱动SAMSUNG公司的微型针式打印头SMP 150的硬件驱动电路和软件驱计方法，同时重点阐述打印针头驱动和纸张定位。本文所述的软硬件设计方法在实际运用中取得了较好的打印效果。使用ARM7微处理器直接驱动打印头，其优点是显而易见的:它不但可以不拘于并行接口或者串行接口的打印接口协议而根据实际系统需要灵活设计软硬件，而且最重要的是它大大降低了产品的硬件设计成本，降低系统开发者编程难度。

参考文献：

[1]SAMSUNG公司.smp150_specification_20040924[S].

[2]杜春雷.ARM 体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3](美)Andrew N.Sloss.沈建华,译.ARM嵌入式系统开发:软件设计与优化[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

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