本文将为大家先容基于上海航芯ACM32F403的热敏打印机设计方案。
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打印事理
热敏打印机的事理是，在介质基底上(常日是纸)覆上一层热敏材料，将热敏材料加热一段韶光后变成深色(一样平常是玄色，也有蓝色)。这种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，热敏材料须要经由相称长，乃至长达几年的韶光才能变成深色；而当温度为200℃时，这种反应会在几微秒内完成。
热敏打印机有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。加热是由与热敏材料相打仗的打印头上的一个小电子加热器供应的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑掌握，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。掌握加热元素的同一逻辑电路，同时也掌握着进纸，因而能在全体标签或纸张上印出图形。
图1. 热敏打印机的事理
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利用芯片
本文描述的热敏打印机方案，是基于上海航芯ACM32F403系列的MCU进行设计。
ACM32F403芯片采取高性能内核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片内核支持一整套DSP指令用于数字旗子暗记处理，支持单精度FPU处理浮点数据，同时还支持Memory Protection Unit（MPU）用于提升运用的安全性。
ACM32F403系列芯片最高事情频率可达180MHz，内嵌数学硬件加速，内置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM。芯片集成了一个12位多通道2M sps高精度ADC、一个12位2通道的DAC、多达3路运放、2路比较器，集成了1个高等定时器，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个别系看门狗，1个独立看门狗，一个低功耗的实时钟（RTC），内置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等丰富的通讯外设，内建AES、CRC、TRNG等算法模块。
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方案特点
ㆍ支持蓝牙、USB、UART等多种通讯接口的打印办法
ㆍ支持无任务时自动进入断电模式，续航韶光更长
ㆍ支持打印高温、缺纸和低电量报警
ㆍSPI FLASH存放字库，支持在线更新字库，可调度字体、大小、粗细等
ㆍ支持MCU和BLE芯片固件在线升级
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设计方案
图2. 基于ACM32F403热敏打印机设计方案框图
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功能先容
1.1多接口打印流程
本方案可以通过UART、USB和蓝牙接口吸收数据，并通过ACM32F403芯片的Timer，GPIO，ADC、SPI等模块进行热敏打印机头的打印事情。
详细流程如下：
1）通过UART、USB和蓝牙接口吸收数据，数据须要通过GBK码的办法发送，并存储到芯片内部；
2）将每个字的GBK码，通过SPI接口查询到SPI FLASH上字库中对应的数据，并传输到打印buffer中；
3）芯片通过Timer来掌握步进电机运行的速率和打印机头加热的韶光，通过GPIO来掌握加热使能和掌握步进电机的提高和退却撤退，ADC来检测打印机温度，终极完成打印事情。
图3. 多接口打印流程
1.2 字库更新流程
本方案内部firmware实现了一个UART吸收数据，SPI下载数据的系统，采取类似7816 T=1的数据格式进行传输，将字库的BIN文件下载到SPI FLASH中，以实现字库的下载和更新。由于片外SPI FLASH大小的缘故原由，默认只支持2424大小的字体打印，如果改换字体，须要重新下载字库文件。
图4. 字库下载流程
本方案支持字库的更新，可以调节打印字体的字体、大小，粗细等参数。字库更新后须要修正firmware代码，以实现不同字体的打印。
图5. 字体设置参数
1.3 字库调用流程
本方案中的SPI FLASH中能存放字体大小为1616或2424的字库，并且有完全的配套firmware代码。
详细字库调用流程如下：
1）从UART、USB或BLE接口吸收须要打印笔墨的GBK码；
2）根据GBK码打算出该笔墨在字库中的内码；
3）通过SPI接口读取字库中内码的数据，数据长度根据字体大小来定；
4）将读出的数据传输到打印机头，完成打印。
图6. 字库调用流程
1.4 数据打印流程
图7. 数据打印软件流程
图8. 打印机芯和步进电机事理图
数据打印流程：
1）打印机开机流程；
2）将打印数据通过SPI接口传输到打印机缓存；
3）判断是否是第一行，如果是打开电机Timer，并提高一步；
4）判断是否是末了一行或者是否缺纸，如果是进入打印机关机流程；
5）开始加热，打开加热Timer，并等待加热完成；
6）循环2）~5），直到打印完毕。
打印机开机流程：
1）将打印机DST（选通脉冲）旗子暗记设为低电平；
2）将打印机LATCH（数据锁存）旗子暗记设为高电平；
3）打开热敏头逻辑电源；
4）打开热敏头加热电源；
打印机关机流程：
1）停滞加热Timer；
2）关闭热敏头加热电源；
3）将打印机DST（选通脉冲）旗子暗记设为低电平；
4）将打印机LATCH（数据锁存）旗子暗记设为高电平；
5）关闭热敏头逻辑电源。
1.5 电源掌握系统先容
图9. 电源掌握系统先容
1）供电：系统采取单节锂电池4.2V或者USB 5V供电；
2）非常：当MCU内部程序跑飞/去世机时，首先可以按下SW1复位MCU，再弗成可以按住正常开/关机键，再插入USB线使MCU复位；
3）开机：系统未通电时，按住开/关机键，此时MCU上电，MCU开始从eFlash启动，初始化成功后将POWER_ON/OFF旗子暗记置高，双色灯中的绿灯点亮(InitPass_常亮、内部锂电池充电满_常亮)，若初始化失落败或检测到非常/缺点(比如电池电量低，外设初始化失落败、通信不正常等)，将双色灯中的红灯点亮(Err1_常亮、Err2_1s闪、Err3_快闪)；
4）关机：系统通电时，按住开/关机键，Power_Check引脚会检测到一个低落沿，并且接着会有持续的低电平，松开按键后，再将电源掌握旗子暗记拉低；
5）正常关机的顺序是：先灭灯，然后断电机驱动电源和外设电源，再断MCU电源；
6）PB1为开/关机按键与系统唤醒键，SW1为系统唤醒按键与复位键，常日情形，用户按一下是要唤醒系统，长按是正常开关机；
7）没有打印任务时，须要关闭电机电源和外设电源，来节省锂电池电量；以是系统经由定时进入待机前，MCU关闭电机驱动电源/外设电源后，进入待机。
