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1、摘 要二十一世纪经济蓬勃发展，带来了突飞猛进的科学技术，与此同时，人们的需求日益增加，很多电器都出现了需求智能化的的声音，打印机便是其中之一，于是，智能打印机应运而生。区别于传统打印机的打印操作流程，智能打印机能够无线接收数据并将其打印出来，它使得劳动人民的需求能够被更加的效率、便捷的满足。一般地，按所采用的技术，可分出喷墨式、热敏式、激光式等种类，而在琳琅满目的打印机品种中，热敏式由于结构简单，维护方便，价格低廉，实用性强，工作可靠，等优点在国内外应用日益广泛。本次设计，就以STM32为平台，设计一款智能打印机，通过蓝牙传输数据，实现打印机的智能化。关键词：智能化 无线通信热敏式Intell
2、igent office system intelligent printer designAbstractWith the rapid development of economy in the 21st century, the rapid development of science and technology has been brought. At the same time, peoples demand is increasing day by day. Many electrical appliances are in need of intelligent voice. P
3、rinter is one of them, so intelligent printer came into being. Different from the printing process of traditional printers, intelligent printers can receive data wirelessly and print it out, which makes the needs of working people more efficient and convenient to meet. Generally speaking, according
4、to the technology adopted, it can be divided into ink-jet type, thermal type, laser type and other types. Among all kinds of printers, thermal type is widely used at home and abroad due to its simple structure, convenient maintenance, low price, strong practicability and reliable operation. In this
5、design, STM32 is used as the platform to design an intelligent printer, which transmits data through Bluetooth and realizes the intellectualization of the printer.Keywords: Intelligencewireless communicationHeat sensitive目 录1 前言11.1打印机在国内外的发展概况及存在的问题11.2本设计的目的、意义22总体设计32.1设计原理32.2硬件选择32.2.1控制器选择42.2
6、.2电机选择52.2.3打印机类型的选择62.3无线通信方式选择72.4硬件选择总结73硬件设计73.1控制器概述73.1.1 STM32F103C8T6的GPIO口83.1.2定时器93.1.3串口通信113.1.4 SPI通信（字库烧录）133.2电机与打印头选型173.2.1步进电机的驱动183.2.2打印头驱动193.3蓝牙模块简介214软件设计234.1字库烧录254.1.1波特率274.2步进电机与打印头的共同运作284.2.1定时器294.2.2字模地址读取305结论32参考文献33谢 辞34附 录35程序源代码35附录2531 前言 随着科技的发展，人们的需求日益增加，很多电器
7、都出现了需求智能化的的声音，打印机便是其中之一，于是，智能打印机应运而生。区别于传统打印机的打印操作流程，智能打印机能够无线接收数据并将其打印出来，它使得劳动人民的需求能够被更加的效率、便捷的满足。一般地，按所采用的技术，分柱形、球形、喷墨式、热敏式、激光式、静电式、磁式、发光二极管式等。其中，热敏式由于结构简单，维护方便，价格低廉，实用性强，工作可靠，等优点在国内外应用日益广泛。本次设计，就以STM32为平台，设计一款智能打印机，通过蓝牙传输数据，实现打印机的智能化。1.1打印机在国内外的发展概况及存在的问题打印机的历史悠久，世界上第一个打印机的雏形是在什么国家、什么人物、什么时候做出的已无
8、从考证；打印机的思想则更为古早，甚至可以追溯到我国古代北宋年间有毕昇发明的活字印刷术，所以打印机的起源便淹没在了历史的长河之中。按目前比较普遍的说法，是由Centronics公司在十八世纪八十年代中期制造出地球上首款现代打印机，但这款打印机并没有被推广进入市场，所以几乎没有人记住它，于是，昙花一现的打印机又陷入了沉寂之中。于是时光荏苒，终于在一九六八年的九月，由冲电气株式会社研发了第一款商用针式打印机。同样在二十世纪六十年代末，随着激光技术的开发，被世人誉为“激光打印机之父”的格雷斯塔克韦瑟发现并提出了激光束直接投射在硒鼓上可以进行绘图，激光打印机就此诞生。虽然激光打印机的雏形出现在六十年代，
9、但是受限于电子激光管的技术缺陷导致不能大规模使用，一直到十年之后半导体激光管的研发成功，才有了第一台商用的激光打印机。二十世纪七十年代，虽然已经有了两款商用打印机，但对新型打印机的研发却从未停止，因为激光打印机成本价格居高不下，针式打印机有自己专属的领域，人们急需一种性价比更高，适用面更广的打印机，于是在一九七六年，世界上第一台喷墨式打印机出生了，虽然打印速度较激光打印机慢，但胜在耗材便宜，体积也比激光打印机更小。科技进步日新月异，打印机变得越来越小巧，也能够提供彩印，但是从十九世纪八十年代全球第一台打印机的出现，到后来百花齐放的针式打印机、喷墨打印机和激光打印机1，各个打印机厂商对打印系统的
10、开发虽然大相径庭，但他们控制打印的方式却都本同末异，通过将计算机的文档转换成数据或中间结果以人所能识别的符号、字母和图形等，依照设定的格式打印在纸上是传统打印系统的原理。近年，随着对打印品质和打印效率的需求不断严格，打印机控制端设备正在向轻、薄、短、小、低功耗、高速度和智能化方向发展。2计算机技术的发展水平随着时间推移突飞猛进，控制系统集成度越来越高，办公器具陆续有来的推陈出新在日积月累的技术变革中，智能化的趋势开始抬头的同时，办公设备间的数据交互方式和操作方式也拥有了多元化的兆头。其中，随着单片机技术和打印机技术合流，打印机的控制技术也一同得到了广泛的研究和应用。只不过，地球上的打印机市场的
11、发展略显畸形，相比于日美、欧罗巴等发达地区和国家，一些热门品牌，如HP、爱普生 及 佳能等几乎把打印机市场吃干抹净，仅仅留下了30%的市场份额让小众品牌苟延残喘。几乎被巨头完全控制的国外打印机市场，使的国内打印机品牌的走向国际宛如痴人说梦3。面对打印机市场垄断压力，在打印机市场占有更高的份额的愿景可能需要国内获得完全独立的核心技术的突破才能实现，这个任务虽任重道远，但并不是遥遥无期，中国首款自主知识产权打印机是奔图系列，它是赛纳旗下的激光打印机，于2010年末在北京人民大会堂举办激光打印机上市发布会上就正式上市发布了，它打破了外国打印机的垄断，是中国打印机发展史上的一个里程碑。4信息技术的沧海
12、桑田让旧式的打印机遭受着巨大的冲击，国内也将迎来新的机遇与挑战。打印机行业当然不会被互联网的步伐抛下，据可信的统计数据持，打印机的销量的平均速度以不低于7%在缓慢提升，这说明打印机市场远未饱和，故国内仍应该通过内外兼修、软硬结合，以增加竞争力。传统的打印是把文件导入到电脑上打印，是一个繁琐的工作流程，而对于广大学生和劳动人民而言，打印机如果能够变得智能化，将会更加实用且高效。1.2本设计的目的、意义据研究，传统打印机对个人定制化的仍有许多不足，譬如传统打印机的体积让随身携带变得不可能，而且打印时需要把数据传输到控制打印机的计算机上，再进行打印，而便携式蓝牙打印机通过蓝牙与打印机直接通讯，即可跳
13、过这一中间环节可以让打印随时随地的发生，每一分一秒不可错过的事件都可以被记录下来，使办公更加顺畅、效率，进而达到提升经济效益的效果。且国外对传统打印机的研究和市场占有遥遥领先，各种专利也被抢先占驻，而我们可以另辟蹊径，用智能打印机突破重围，在国外的打印机市场开拓出一篇蓝海。故本设计意图以STM32为平台，设计一个能够满足人们需求的智能打印机以满足人们对日常办公用具打印机的智能化的需求，可以让让人们各自拥有自己的便携智能打印机，以解放对大型打印机的依赖，从而减少人们办公中所遇到的不便进而达到改善办公环境、加大生产效率，促进人民幸福。热敏打印机的原理是通过加热改变印刷纸上所涂热敏介质的颜色。热式微
14、型打印机也是一种常见的微型打印机，但它出现的时间比针式微型打印机晚。该热敏打印机打印速度快，噪音低，打印头的机械损耗小，不需要色带，避免了色带更换的麻烦。然而因为它使用热敏纸，所以它不能无限期地储存。它可以在黑暗中保存1 - 5年，也有可以保存10年的长期热敏纸。5 蓝牙技术日新月异，普罗大众们摆脱有线设备的束缚的欲望日益增长，但是受体积影响，唯独打印机这一领域前途暗淡。消费者对于这部分诉求的声音愈来愈大。蓝牙打印机应运而生，便于携带的大小，无线的打印方式，得 到消费者一致好评。便携蓝牙热敏打印机麻雀虽小五脏俱全、它性能稳定、兼容性佳等特点，是抄表工、运输业、金融人士、邮递员等行业人士倍受青睐
15、的智能打印机。2总体设计2.1设计原理打印机会读取并分析数据，将其转化成打印头可以识别的指令，然后打印头配合旋转的电机使打印纸上显示出读取到的信息。接受到数据需要翻译，而每次都实时转换过于麻烦，为打印速度考虑应该减少这一翻译时间，所以应该有一个翻译库，每次接受到输入只要进行对应翻译即可。电机转动需要相位变化，而每个相位有持续时间，所以需要控制电平变化和计时工具。然后需要考虑翻译库和打印头的交流问题，怎么让打印头和翻译库正常交流以打印出图像。要使上述三个电机、打印头、翻译库协同工作，故需要一个控制器来控制它们。图2.1 打印机工作流程2.2硬件选择如设计原理所描述，本打印机是由一个控制器配合翻译
16、库对数据进行读取和分析，然后把指令发送到执行打印功能的电机模块和打印模块，在基本打印功能之外本设计还包含有一个无线通信模块，它可以让人们随时随地的使用打印，是本设计的创新之处。图2.2 智能打印机的组成2.2.1控制器选择打印机需要一个控制器，本设计中由单片机担当这个角色，市面上常见的单片机可选择的芯片类型有51单片机和STM32系列。方案一：51单片机兼容性强，应用广泛，美中不足的是自编程能力一般不会出现51系列的单片机上面。方案二：STM32系列有一个专门设计过的ARM Cortex-M3内核，它生来就是为了满足那些要求高性能、廉价、低能耗的嵌入式应用。ST89C51和STM32系列控制器
17、的性能比较如表2.1所示。表2.1 STM32对比STC89C51STC89C51STM32内核51 Core，8Bit2MHz Max（分频后），0.06DMIPSARMCortex-M3，32Bit72MHz ，1.25DMIPS片上储存器ROM只有2K-64K，RAM仅为128B-1KROM为20K-1MB，RAM有8K-256K外设三个定时器和一个串口AD，DA，Timer，WWDG，IWDG，CRC，DMA，IIC，SPI，USART等众多外设开发工具UV2UV4，甚至更高经对比得出，STM32无论是内核、地址空间、外设还是片上存储器和开发工具的性能都几乎完胜51单片机，故选择STM
18、32来做控制中端。2.2.2电机选择 打印机需要进纸，所以本设计需要用到一个电机，一下对较为常见的步进电机、伺服电机和舵机这几种控制电机进行分析。方案一：步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线性位移的执行器。每当步进电机接收到脉冲信号时，它就会以设定的方向旋转一个固定的角度(称为步进角度)。6在无过载的情况下，步进电机以步进角度步进旋转(不受负载变化的影响)，通过控制脉冲数来控制角位移，从而精确定位。同时，可以通过控制脉冲频率来控制步进电机的转速和加速度，从而调节速度。图2.3为混合式两相步进电机内部结构示意图.。7方案二：伺服电机 伺服电机不仅仅是一个电机，而是一个电机系统，其包
19、含伺服马达(多为交流电动机)、伺服驱动器(控制伺服电机的一种控制器) 和编码器(安装在伺服电机上的传感器，用于测量磁极的位置以及伺服电机的角度和速度)。为了实现精确控制，伺服电机一般采用三回路控制(即三个闭环负反馈Pm调节系统)，即由内向外的电流回路、速度回路和位置回路)图2.4为伺服电机控制原理图。方案三：舵机 舵机由于最初被航模爱好者们用来控制船舵、飞机舵面而得此俗称，其作用是控制小车、机器人的关节、船舶、飞机等物体转动一定角度。舵机，虽然拥有伺服电机所缺少的减速齿轮，但它的本质还是一个低级的伺服电机系统，值得一提的是原本伺服电机的三环控制在舵机上被简化得只剩位置环了。图2.5为舵机控制原
20、理图图2.3 混合式两相步进电机内部结构示意图.图2.4 伺服电机控制原理图图2.5 舵机控制原理图这样一来可以得到一个显而易见的结论，步进电机和伺服电机的不同在与它们被使用与不同的控制系统;而作为特殊的伺服电机的舵机，当然也遵循同样的规律。步进电机是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统，伺服电机是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，两者本质上的最大区别就在于此，由于本设计是开环系统（见图2.1），故选择步进电机。82.2.3打印机类型的选择便携式智能打印机市场主要是喷墨、热敏、梭式（针式）等打印机。9分析这三种打印机，决定将本设计做成什么类型的打印机。方案一：喷墨式打印机喷墨式打印
21、机在生活中非常常见，而便携式的喷墨打印机的工作原理和日常所见的无甚区别，但是由于体积变小，墨盒也随之缩小，带来的后果是性能降低，为打印带来的诸多不便。方案二：热敏式打印机便携式热敏打印机占据便携式打印领域的较大市场份额，因为它在小体积的同时兼顾了噪音低、打印速度快优势,是一个良好的选择。方案三：梭式打印机针式打印机凭借可打印多层复写纸、购置和使用耗材成本低、维护简单、可适应恶劣环境使用等优点,至今仍大量用于各种票据打印领域。10但是它会产生很大的噪音让人感到不适，这不符合本设计让人们办公更为幸福舒适的初衷。综合三个方案考虑，本设计将做成热敏打印机，因为它打印快、体积小、噪音低。2.3无线通信方
22、式选择方案一：Wi-FiWiFi最大优点就是传输速度较高，有效距离也很长，但是需要路由器支持方案二：蓝牙蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，速度较慢，但成本价格比WIFI实惠。因本设计是面向个人的打印机，所以距离问题可以忽略，而且稳定的WIFI信号需要路由器做支持，这无疑会增加成本，故本设计选择蓝牙来实现无线通信。2.4硬件选择总结综上所述，本章本设计是一个在STM32做控制，采用步进电机走纸，蓝牙进行无线通信的热敏打印机。图2.6 智能打印机模块构成3硬件设计3.1控制器概述本设计选用STM32F103C8T6型芯片，因为该芯片价格实惠，功能齐全，选购的开发板带有FLA
23、SH模块和无线通信模块，能很好的满足设计需求，此章节将对本设计会用到的模块的工作原理进行阐述。图3.1 STM32F103C8T6开发板图3.2 STM32F103C8T6原理图3.1.1 STM32F103C8T6的GPIO口STM32单片机有许多GPIO口，它们以字母进行分组，GPIOX(X可以是A,B,C,D,E),每组有16个GPIO口，每个GPIO口都是多功能的，使用前要进行GPIO口功能的配置。12GPIO口是芯片与外界沟通的桥梁，没有了它，单片机什么都做不成。图3.3为GPIO口的基本结构。本设计采用的STM32F103C8T6系统开发板的GPIO分为三组，分别为GPIOA、GP
24、IOB、GPIOC各16个管脚。图3.3 GPIO端口的基本结构3.1.2定时器要实现步进电机的规律运作需要用到STM32系列的定时器，而本芯片有且仅有4个定时器，它们分别是TIM1、TIM2、TIM3、TIM4，定时器工作原理如图3.4图3.4 定时器工作原理在这里，我们默认工程中的AHB时钟等于系统时钟。APB1时钟：APB1/2给到APB1总线上的外设时钟是36M，给到APB1总线上的定时器时钟为72M。定时器都拥有16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器，16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为165536之间的任意数值，而当计数器上溢（当计数器计数到自动重装
25、载值的时候，分频器再给计数器一个脉冲信号会导致上溢）发生时，定时器会生成中断请求。13由于TIM2是通用定时器，这里只用到了基本定时的功能，所有只需分析基本定时器的结构框图，如图3.5。图3.5 基本定时器结构框图预分频器和自动重载值寄存器都有影子寄存器，其中自动重载值跟其影子寄存器之间可以没有缓冲。在计数的过程中起作用的是影子寄存器，当设置寄存器的时候只有产生更新事件，寄存器的值才会更新到其影子寄存器，图3.5中预分频器决定了多久计一次数，重载值决定了要计多少次 （ARR+1才溢出）。根据上述内容，不难得出计数时间：计一次数的时间 * 计多少次 = 1 / (72M/预分频值) * 重载值所
26、以我们知道了配置STM32 TIM2的驱动需要以下步骤，先打开TIM2的外设时钟使能，使定时器能够正常的工作，然后根据所需计时时间对预分频值和自动重装载值进行配置，然后使能外设中断，使打印机拥有一个运作开关，每当按下才会启动程序进行打印，然后使能核心级中断，使TIM2能够发送中断请求，以实现步进电机的相位变化，完成上述配置后，即可打开定时器，开始计时。3.1.3串口通信因本设计蕴含复数的模块，所以会产生模块间的信息交流，譬如蓝牙与单片机进行通信，PC与单片机通信进行通信等，那么不可避免的，我们需要用到USART串口。通信就需要有通信协议，UART便是一种通信协议，是异步串行通信的一种，在本设计
27、采用的便是异步串行通信全双工通信，它会把传输数据以字符位为单位进行传输，图3.6为UART传输数据时的数据帧格式。图3.6 UART的数据帧格式从图3.6我们可以看出随着除了随时钟频率被传输的数据（位），还有启动位、停止位和奇偶校检位，而奇偶校检位拥有一个“可能的”前缀是因为它是可以被软件设置取消的。数据线的空闲电平为高电平。数据位、停止位、校验位和Baud率合称UART四要素。图3.7 UART框架图3.7为STM32F103C8T6的UART框架，不难发现TX（数据发送接口）和RX（数据接收接口）是相互独立的，这为全双工通信提供了基础。如图3.7所示，无论是接受还是发送的数据，它们都必定经
28、过数据寄存器DR，数据寄存器DR包含了两个寄存器（TDR，RDR），当单片机接收数据时，数据经RX被读入到接受移位寄存器，然后被读入到RDR，再被读入系统总线；同理，当我们要发送数据数据时，数据由数据总线写入到TDR在被写入到数据移位寄存器，然后被发送出去。然而，我们并不能直接对TDR和RDR进行操作，只能通过DR寄存器进行间接操作，所以写DR寄存器，实际上是在写TDR寄存器。读取DR寄存器，实际上是在读取RDR寄存器，数据寄存器 DR 总是介于系统总线和移位寄存器之间。可以看出，DR寄存器被 “发送器控制”和 “接收器控制”所控制，而这两者又被CR1寄存器和波特率所控制，故波特率的设置对串口
29、通信极其重要,要想得出想要的波特率，就要设置正确的USARTDIV，就要在BRR寄存器中输入正确的值。3.1.4 SPI通信（字库烧录）打印头的工作原理为读取二进制的数据，并根据读取到的数据输出一个像素点，而这样原始的输出功能远远不能满足我们的打印需求，为打印出日常需要使用的文字，需要将固定大小的文字的字模的二进制编码提前输入到打印机中，使打印机收到文字信息时可以一一对应进行解码，以此来实现打印文字的功能。但是STM32F103C8T6本身自带的存储空间并不能容纳这些编码，所以本设计需要一个更大的存储设备，于是便用到了W25X16芯片。W25X16芯片是一个FLASH存储器，它通常在用户需要解
30、决存储问题时被使用，其有许多的优点，包括且不限于“占用PCB板空间小” 、“低功耗”、“少量引脚数量”等。W25X16比一般的串行FLASH的性能出色的同时，实验也更灵活，所以他异常的适合做代码下载应用，例如存储声音、文本和数据，其存储时间长达20年。W25X16支持标准的SPI通信。SPI是串行外设接口的缩写，是一种运用于芯片和芯片之间数据交互的串行同步全双工通信协议。SPI一般应用于要求通信速度比较快的场合，比如LCD、ADC、FLASH芯片、视频和音频等。SPI通信协议是由摩托罗拉公司提出的。在SPI通信中的设备有主机和从机之分，主机和从机都可以有复数个，且主从机间都可以发送或接收数据，
31、且主从机可以互相转变，故区分它们的依据是CS/NSS线，主机通过CS/NSS线控制着从设备。SPI有三线制或四线制的工作方式，本设计采用四线制，四条线分别为：表3.1 SPI的四种工作方式MISO Master Input Slave Output主设备数据输入，从设备数据输出MOSI Master Output Slave Input主设备数据输出，从设备数据输入SCLK Serial Clock时钟信号，由主设备产生CS Chip Select从设备使能信号，由主设备控制图3.8 SPI框架SPI串口的结构如图3.8所示。可看出SCK端口是被波特率控制着，MOSI和MISO的工作方式和US
32、ART的TX/RX类似，但受主控制电路控制，可以让它们对同一设备的功能相逆转，而波特率和NSS以及一干寄存器控制着通信电路。NSS是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的NSS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。14一旦被使能(SSOE位)， NSS引脚也可以作为输出引脚，并在SPI处于主模式时拉低；此时，所有的SPI设备，如果它们的NSS引脚连接到主设备的NSS引脚，则会检测到低电平，如果它们被设置为NSS硬件模式，就会自动进入从设备状态。15当配置为主设备、 NSS配置为输入引脚(MSTR
33、=1， SSOE=0)时，如果NSS被拉低，则这个SPI设备进入主模式失败状态：即MSTR位被自动清除，此设备进入从模式。图3.9 SPI时序SPI通信的时序图如3.9所示。可以看到通信从NSS电平拉低开始，然后按照CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）的不同会导致捕捉的时钟边沿的不同，不同的捕捉方式有四种，它们的采样时间点分别对应的是表3.2 SPI采集数据模式CPOL:时钟极性CPHA:时钟相位功能说明模式00上升沿采集数据，下降沿触发。低电平准备数据，高电平发送数据。001下降沿采集数据，上升沿触发高电平准备数据，低电平发送数据。110下降沿采集数据，上升沿触发高电平采集数据，低电平
34、发送数据。211上升沿采集数据，下降沿触发，低电平准备数据，高电平发送数据。3根据设定数据帧格式会有所差异，采集满8位或16位数据时，就构成了一个数据帧。（图3.9是以8位为例）。在了解了SPI的工作原理后，需要了解W25X16的硬件特性，结合两者才能将数据写入到W25X16中去。W25X16是一款拥有16Mbit容量的FLASH存储芯片，一共有2MB的空间。W25X16的数据存储结构有块、扇、页的分区，其中每256B为一页，16页组成一扇区，每十六扇区为一块，于是我们容易得到W25X16拥有16个存储块。图3.10是W25X16的管脚图，SPI功能在上文提到便不再赘述，于是拥有两个新的管脚H
35、OLD（保持端）和WP（写保护），他们功能分别是允许芯片暂停工作和保护状态寄存器，但是它们都是低电平生效，在本设计中它们都被接上了VCC，故它们可以忽略。图3.10 W23X16原理图单片机运行需要指令，W25X16也不例外，它包括15个基本命令，这十五个基本命令可以通过SPI总线完全控制芯片。指令在CS引脚的下降沿开始传送，DI引脚上数据的第一个字节就是指令代码，以下为常用的15个指令。16表3.3 W25X16常用指令表3.4 W25X16状态寄存器表3.4为W25X16状态寄存器，根据它可以获取和调整W25X16的工作状态。位于S0的称为BUSY位，该位在“页编程”、“块擦除”、“扇区擦
36、除”、“芯片擦除”、“写状态寄存器”时自动置1，表示芯片在忙，此时除了“读状态寄存器”指令外一律不接收。上述当指令完成时，自动置零，之后才可以对芯片继续操作。W25X16具有一个特性，就是外部输入只能写入0而不能写入1，对其写1的唯一方法是对其进行擦除，所以为保证写入数据准确，每次写入数据都应该先擦除相应区域，在这一点上，值得注意的是在指令集中，写的最小单位是页，擦除的最小单位是扇区。3.2电机与打印头选型经考虑本设计决定使用与打印头一体的电机，以方便操作。而步进电机运作需要脉冲信号，所以应根据需求来调整脉冲信号的频率，以保障输出的文字或图案完整且清晰。图3.11为选择的器件Fujitsu富士
37、通ftp-628mcl101#50热敏机芯，可以看到他的引脚为FPC软排线，不能直接与开发板相连接，于是需要用到一个转接板，如图3.12所示。图3.11 Fujitsu富士通ftp-628mcl101#50热敏机芯图3.12 FPC-30P 1.0MM转接板3.2.1步进电机的驱动本设计采用的步进电机其详细参数见表3.5，用于走纸，打印头的步进电机有四个引脚，分别连至电机内部的两组线圈；可以采用八拍驱动方式，也可以采用4拍驱动方式，驱动时序如图3.13(条件：5V)表3.5 步进电机参数项目 规格 条件额定电压 3.5-8.5DCV相位 2 相 步距角 9（1-2 相激励）步进距离 0.062
38、5 毫米相电阻 107%20相电流 0.357A驱动方式 双极，双相驱动（或 1-2 相）图3.13步进电机时序图本设计采用4拍的驱动方式，通过观察时序图3.13可以知道，要想让电机转动起来就要按照时序给各个节拍一个固定的电平值，第一个节拍就是AABB1001，第二个节拍就是AABB0101，第三个节拍就是AABB0110，第四个节拍就是AABB1010；然后就是按照节拍14的顺序断的输送节拍，并且每个节拍要保持800us以上的有效时间才能输送下一个节拍。表3.6 四节拍时序表四节拍时序表节拍1节拍2节拍3节拍4A01001A10110B00011B11100根据表3.6我们不难得出，步进电机
39、的四个管脚需要配备高低变化的电平，而芯片的PB3PB6（管脚配置成推挽输出）这四个GPIO口可以满足这个需求。3.2.2打印头驱动热敏打印机的原理是通过加热改变印刷纸上所涂热敏介质的颜色。热式微型打印机也是一种常见的微型打印机，但它出现的时间比针式微型打印机晚。该热敏打印机打印速度快，噪音低，打印头的机械损耗小，不需要色带，避免了色带更换的麻烦。因为使用热敏纸，所以它不能无限期地储存。它可以在黑暗中保存1 - 5年，也有可以保存10年的长期热敏纸，表3.7为驱动打印头的参数。表3.7 打印机参数打印方式行式热敏打印宽度48mm打印纸宽度 58mm点密度384 点/行打印速度 4080mm/s打
40、印头温度侦测 热敏电阻缺纸侦测红外反射光传感器打印头加热器工作电压(DCV) 3.138.5， 典型值（7.4v）逻辑工作电压(DCV) 2.7-5.25， 典型值（5v）步进电机工作电压(DCV) 3.5-8.5， 典型值（5v）工作温度： +0-50（不许有凝露）工作湿度： 20%-85%RH（不许有凝露）胶辊开合次数： 大于 5000 次工作寿命： 机构与打印头的耐磨50km,打印头的电机寿命为 108 个脉冲重量(克)： 40.7图3.14 热敏打印头结构图热敏打印头的内部结构如图3.14所示，向打印机输入的数据会被存储在移位寄存器中，而根据产品参数，每一次输入数据都应该是写入384位
41、数据，然后闭合锁存器会锁存一次数据，就会将数据移位寄存器里面的数据送到打印头的 384 个打印点里，对应位为 1 的就会闭合（能被加热成黑点），为 0 的不闭合（不会被加热成黑点）。STB1STB6都是控制加热的信号管脚，每个 STB 控制64个加热点，当把数据全部送上打印头的打印点之后， 把 STB1STB6 都闭合就可以加热打印头。一般来说，一个字节占八个字的宽度，故一行可以打印 48 个字节数据（384bit / 8 = 48byte）。打印头打印的原理知道了， 但是具体怎样把数据发送到数据移位寄存器就需要根据打印头的驱动时序进行操作，打印机芯的时序如图3.15。图3.15 打印机芯时序
42、图可以看出，打印头根据电平的高低来决定控制的打印点是否着色，其中高电平为黑色（着色），低电平为白色（不着色），而向移位寄存器写入数据需要时钟线有一个上升沿的数据。平时打印头数据会被锁存器锁存，不得通过，只在LAT的发生一个低电平脉冲后，移位寄存器的数据方能够写进打印头中，然后随着STB线电平拉高，加热的信号管脚便会启动，根据输入的数据进行打印。所以，若想要打印出一行想要的数据，就应当先把384位数据准备好后松开锁存，将这一次数据写入打印头中，然后开始加热。如同打印点组成了一条线数据，随着线的运动，便可得出一个面的数据。配合打印头开启步进电机，每当一行数据打印完成，电机随之转动，之后打印头读入新
43、数据，从而生成需要的打印文本。图3.16打印头管脚图因为打印头需要有开启和关闭两种状态，所以管脚需要输出两种电平的能力，应把控制STB的所有管脚配置为推挽输出。3.3蓝牙模块简介蓝牙串口模块用于把串口转换为蓝牙，这种模块工作的时候分为主机和从机，其中偶数命名 的型号出厂时就确定了是从机或者是主机，并无法更改。奇数命名的型号可以用户自己通过 AT 指令修改模块为主机或者从机。17本设计选用的蓝牙型号为HC-05,见图3.17，其原理图见图3.18.图3.17 蓝牙模块HC-05图3.18 HC-05原理图HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块（以下简称模块）具有两种工作模式：命令响应工作 模式和自动
44、连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可分为主（Master）、从（Slave） 和回环（Loopback）三种工作角色。当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定 的方式连接的数据传输；当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有 AT 命令，用户可 向模块发送各种 AT 指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。18通过控制模块外部引脚 （PIO11）输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。19 通过以下步骤可以将该芯片设为主模块，先把PIO11 置高，然后上电让模块进入 AT 命令响应状态。将超级终端或其他串口工具，设置成波特率 38400，数据位 8 位，停止位 1 位，无校验位
45、， 无流控制的通信方式 ，然后用串口发送字符“AT+ROLE=1rn”到本机，成功则会返回“OKrn”，其中rn 为回车换行。20完成上述步骤后将PIO 置低，重新上电，模块将变为主模块，自动搜索从模块，建立连接。21 表 3.8为蓝牙模块的参数。 表3.8 蓝牙模块参数项目说明模块尺寸37*15.6mm,不含针脚引脚KEY、VCC、GND、RXD、TXD、STATE，STATE是蓝牙状态引出脚，未连接时输出低电平，连接时输出高电平。KEY作为AT指令设置脚，和按键功能相同按键按键相当于将34脚拉高/拉低，配合AT指令使用。（大部分AT指令需要按下按键发送才有效。）电压说明输入电压为3.26V
46、，电源自带防反接，但反接不工作状态指示主机未记录从机地址时，快闪；纪录从机地址时，慢闪。从机未连接时，快闪。连线后，主从机都是LED两闪一停。接口说明接口电平为 3.26V，可以连接各种单片机（Arduino、51、AVR、PIC、ARM、MSP430等），5V单片机可以直接连接。直接连接单片机串口，不能经过MAX232芯片。通信距离空旷环境下有效距离为10米，超过十米则不能保证通信质量。通信格式配对成功后，可以做为全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议。默认常用通讯格式：9600,1，N（AT指令可设置停止位为2，奇偶校验）主从机设置模块为主从一体，出厂默认为从机，可以通过AT指令切换成主机。（AT+ROLE=0/1/2,0为从机，1为主机，2为回环角色，设置是需置高34脚或是按下模块上的按键。详情参考使用规格是6.5.8）默认值从机，波特率9600，蓝牙名HC-05、配对密码1234，LED状态灯开4软件设计软件需要根据设备间的关系进行设计，设备间的控制关系和数据交流方式。如图4.1所示，数据先由个人电脑或手机发送到单片机，然后单片机对这些数据进行处理之后，会对W25X16进行字库的烧录，然后控制打印头与W2