采用N32G020核心控制板實現熱敏式微型打印機的設計

熱敏式微型打印機（又稱：微型打印機、微打）是在淡色材料上（通常是紙）覆上一層透明膜，將膜加熱一段時間后變成深色（一般是黑色，也有藍色），圖像通過加熱，在膜中產生化學反應而生成的，當溫度為200℃時，這種反應會在幾微秒內完成。

熱敏式微型打印機的打印頭中帶有許多熱敏型電阻，主控芯片控制熱敏型電阻根據需要進行加熱，當熱敏打印機接收到打印字符/圖片/二維碼/一維碼后，主控芯片根據位圖數據控制打印頭中對應的熱敏電阻通電，從而加熱出有規(guī)則的深色點，同時，主控芯片控制步進電機進行精確的滾紙操作，多次加熱后，這些規(guī)則的深色點最后組成了有效字符/圖片。

一．微打部件構成

主要由以下三個部件構成：

圖二：部件構成圖

APP/人機界面（上左）：實現人機交互界面，如智能終端APP、打印工具軟件，用來輸入打印數據、排版等操作。

核心控制板（上中）：實現打印控制、數據交互、系統(tǒng)控制等處理。

熱敏打印頭（上右）：實現熱敏加熱、走紙、過熱信號輸出、缺紙信號輸出。

二．微打系統(tǒng)方案

圖三：方案框圖

微打三個主要部件的工作方式：

首先，通過人機交互『APP/人機界面』將命令/數據通過通訊接口發(fā)送到『核心控制板』上。

再次，『核心控制板』通過對應的接口接收打印數據，如接收為命令，則進行相應的命令處理；如打印字體格式修改命令、換行命令、字體效果縮放命令等；如接收為打印字符數據，根據字符類型（英文字符/漢字/其他日文/韓文等字符），轉換為對應字符內碼，通過字符內碼從字庫數據中定位、讀取字符的字模點陣。之后，通過『核心控制板』上的MCU將點陣數據通過SPI接口傳送給打印頭。

最后，打印頭接收到點陣數據后，結合MCU控制的加熱使能信號進行加熱處理，在加熱期間，主控MCU會對加熱時間、過熱檢測、缺紙檢測進行相應處理，同時由MCU控制電機進行走紙操作，最終實現邊打邊走紙的效果。

三．N32G020產品的核心控制板硬件參考設計

核心控制板的主要功能是接收上層下發(fā)的打印命令/數據，數據轉換、發(fā)送到打印頭、控制打印頭加熱&電機走紙、按鍵&LED控制。

圖四：核心控制板框圖

其中較為關注的技術，有以下幾點：

1、發(fā)送到打印頭的是字符的點陣數據，每一個點陣對應到打印頭的一個加熱點，相當于是打印紙上的像素點，如富士通FTP-628M打印頭，其一行像素點為384點，意思是每次可以同時處理384個像素點，每個像素點的寬度約為0.125mm，即一行寬度為0.125mm×384=48mm（實際有效寬度），一般打印紙兩邊邊緣有保留空白10mm，一行總寬為58mm，稱為58mm熱敏式微型打印機。

2、打印頭中的電機通常為4相步進電機，通過4個I/O口控制電機的四相八步，時序的實現是通過Timer定時器對I/O口進行翻轉操作，最終實現電機走紙。

3、打印頭中的發(fā)熱，是通過打印頭中的加熱線STB實現，通過I/O口拉高STB就使能加熱。

4、在加熱前會檢測是否缺紙，其原理是打印頭內帶有光電傳感器，是通過光電傳感器的光電轉化，其位置處于塑膠滾軸下的光電傳感器，當紙滾入滾軸后紙會擋住光電傳感器的入口孔，阻止光線進入，然后經過光電轉化后，打印頭最終輸出電平值，通過MCU的ADC模塊對電壓進行采樣，如電壓過低則缺紙，反之有紙（高低電壓還需參考周邊電路），過熱檢測，通過ADC采電平值，亦是同理。

以下是MCU對打印頭的主控制圖

圖五：打印頭控制圖

四．主控MCU

微打方案采用N32G020K6/7/8，是國民技術基于ARM Cortex M0架構的32位低功耗、高性能處理器主控芯片。

圖六：N32G020系列K8型號

其主要參數如下：

1） 高達80MHZ主頻，2KB 指令Cache

2） 內置64K/128K/256K可選FLASH，20K 片內SRAM，10萬次擦寫，10年數據保持能力

3） 具有豐富的外設接口，包含2個SPI、3個UART、2個I2C、1個ISO7816接口、1個無晶振全速USB2.0

4） 集成1個12bit ADC 1Mbps采樣率 最大10通道輸入、1個10bit 400Kbps DAC、2個模擬比較器、最大8通道PWM輸出、1個DMA 最大8通道

5） 配置5個32位Timer、1個32位RTC、1個看門狗、1個24bit Systick

6） 內嵌硬件高速加密算法引擎，AES、DES、RSA、ECC、SHA、CRC16及TRNG隨機數發(fā)生器

7） 支持SWD調試接口、通用的JLink仿真器下載、調試。

8） 支持多模式的低功耗，最低可保持0.1uA以下。

9） 提供完整的SDK和參考設計

該系列產品的SPI0支持4線模式，最大20M 時鐘，用于快速讀取外部SPI FLASH字庫數據，DMA可用于讀取USB接口、UART接口數據，減少CPU的干預，提高系統(tǒng)數據處理性能，直接提高打印機打印速度！

五．方案實物

基于N32G020產品的熱敏式微打方案，在鑒于同類微打方案的功能、性能對比之下，有更多特色與優(yōu)勢！

方案實物圖，先睹為快：

圖七：微打方案實物圖

N32G020系列通用MCU芯片，與常規(guī)的熱敏主控芯片相比，芯片集高性能、低功耗、安全特色（內置硬件存儲保護和加、解密算法加速引擎）于一身，在熱敏式微型打印機解決方案上，具有絕對優(yōu)勢：

A. 特色：

a） 支持富士通FTP-628 58mm打印頭及國產精芯打印頭

b） 支持ASCII字符、GB2312漢字、條形碼、二維碼、圖片打印

c） 支持ESP/POS兼容ESC命令的票據打印

d） 支持UART、無驅USB有線打印

e） 支持藍牙、WIFI等無線打印

B. 優(yōu)勢：

a） 業(yè)界高性能、低功耗且性價比高的ARM Cortex M0處理器芯片

b） 無MCU晶振、無USB晶振，節(jié)省BOM成本

c） 自帶內部可控LDO輸出，節(jié)省成本、降低功耗

d） 打印速度比其他同等打印頭方案快20%以上

e） 支持硬件安全級代碼保護，防抄板，保護方案

國民技術將深耕物聯網MCU領域，以高、中、低全系列化的產品演進路線，為各行業(yè)提供高性價比的創(chuàng)新整體解決方案和技術支持服務。針對其他種類微型打印機，公司將陸續(xù)推出相應的解決方案和產品，以全覆蓋微型打印機市場為目標，為行業(yè)提供全方位方案保障。