单片机与微型打印机接口技术.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除单片机与微型打印机的接口技术郭俊摘要：微型打印机是各种智能化仪表、仪器及各种单片机系统的重要输出设备。而单片机又具有集成度高、处理能力强、系统结构简单、价格低廉、体积小等优点，所以以单片机控制微型打印机的技术已经在许多领域得以应用，本文研究应用EL-MUT-111单片机/微机实验系统及8086CPU通过与打印机并行通信方法来控制其实现打印功能的设计。关键字：单片机；打印机；并行；接口Single-chip and micro-printer interface technologyGUO JUNAbstract：The micro-printer is a variety of intelligent instruments, equipment, and a variety of single-chip system and output device. The single-chip and high integration, processing capability, the system of simple structure, low cost, small size, etc., so a single-chip micro-printer control technology has been applied in many fields, this paper, the application of EL-MUT - 111 single-chip microcomputer / microprocessor systems and experiment with the printer 8086CPU parallel communication methods to achieve control over their design and printing method. The use of micro-printer market shuttle popular dot-matrix printers, this article and control of single-chip micro-printer hardware design and realization of assembly language study briefly.Keywords：Single-chip；dot matrix printer；parallel；Interface前言：打印机作为各种计算机的最主要输出设备之一，随着计算机技术的发展和日趋完美的用户需求而得到较大的发展。单片机在工业控制中的应用越来越广泛，因为其内部具有ROM、RAM、定时计数器及IO接口，单片机已经成为一个完整的计算机系统。由于它具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点，已经在各个技术领域得到了迅猛发展。微型打印机在单片机应用系统中的应用也相当广泛，在工业测控、医疗设备、电力系统、计价器以及商场、超市、餐饮等办公设备中几乎成为标准配置。微型打印机的种类很多，有针式和热敏、台式和面板式、非汉字和汉字之分。如按接口类型划分，则有并口和串口两大类，其中串口类又可分为RS232C、RS485、USB及无线接口、红外线接口等。本文在分析微型打印机机芯的结构和驱动原理的基础上，对针点式微型打印机的开发设计的关键细节做了详尽的论述。1 单片机和微型打印机的种类及特点1.1 单片机的种类及特点单片机的种类有很多，其中ATMEL公司的AVR单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便。Motorola是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境。Micro Chip单片机采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积. 适用于用量大,档次低,价格敏感的产品. EPSON单片机以低电压,低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世,尤其是LCD驱动部分做得很好. 8051单片机最早由Intel公司推出,其后,多家公司购买了8051的内核,使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片.单片机的应用越来越广泛，种类已不仅限于此。1.2 微型打印机种类及特点从打印方式分类：针式微型打印机，热敏微型打印机、热转印微型打印机等。针式微型打印机是比较常见的微型打印机，针打有个好处就是打印的单据可以长时间保存，很多便利店中所用的微打都是针打，并且因为针式打印头控制简单，可以采用比较便宜的控制板方案来生产，所以比较便宜。但是针打也有很多缺点：噪音大，打印速度慢、打印头损耗快，需要经常更换色带，因为其原理的关系，这些是不可克服的。热敏微型打印机比针式微型打印机出来得要晚一些，热敏打印机打印速度快，噪音小，打印头很少出现机械损耗，并且不需要色带，免去了更换色带的麻烦。但它也有缺点，因为其使用的是热敏纸，所以不能无限期保存。目前除了条码打印机和车票打印机，在其他领域国内使用很少，现在出租车上的打印机属于微型字模打印机。2 单片机与微型打印机的接口类型接口类型指的是指微型打印机与计算机之间采用的接口类型，通过这项指标也可以间接反映出打印机输出速度的快慢。目前市场上打印机产品的主要接口类型包括常见的并行接口和USB接口。USB接口依靠其支持热插拔和输出速度快的特性，在打印机接口类型中迅速崛起，因此目前市场主流的打印机有些型号则兼具并行与USB两种打印接口。2.1 并行接口并行接口又简称为“并口”，是一种增强了的双向并行传输接口。优点是不需在PC中用其它的卡，无限制连接数目（只要你有足够的端口），设备的安装及使用容易，最高传输速度为1.5Mbps。目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是36针接头而是25针D形接头。所谓“并行”，是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。2.2 USB接口USB的全称是Universal Serial Bus，USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为微打的最主要的接口方式。USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。USB1.1是目前较为普遍的USB规范，USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB线、插头等等附件也都可以直接使用。 2.3 串口串口叫做串行接口，现在的PC机一般有两个串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位地传送出去的。虽然这样速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此若要进行较长距离的通信时，应使用串行口。通常COM1使用的是9针D形连接器，也称之为RS-232接口，而COM2有的使用的是老式的DB25 针连接器，也称之为RS-422接口，这种接口目前已经很少使用。3 系统的硬件设计3.1 单片机与微型打印机选取3.1.1 单片机的选取MCS-51单片机是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031、8051、8751、8032、8052、8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51是这几年在我国非常流行的单片机。8051与80C51的区别：80C51单片机是在8051的基础上发展起来的，也就是说在单片机的发展过程中是先有8051，然后才有80C51的。8051单片机与80C51单片机从外形看是完全一样的，其指令系统、引脚信号、总线等完全一致（完全兼容），在8051下开发的软件完全可以在80C51上应用，反过来，在89C51下开发的软件也可以在8051上应用。这两种单片机是完全可移植的。虽然这两种单片机外形及内部结构都一样，它们之间的主要差别在于芯片的制造工艺上。80C51的制造工艺是在8051基础上进行了改进。8051系列单片机采用的是HMOS工艺：高速度、高密度；80C51系列单片机采用的是CHMOS工艺：高速度、高密度、低功耗；也就是说80C51单片机是一种低功耗单片机。另外，80C51系列单片机是一类经典的8位微处理器，其设计方法和体系结构一直是其他各类单片机设计的参考典范，是比较成熟的。3.1.2 微型打印机的选取对于微型打印机，针式打印机以其结构简单、技术成熟、性能价格比好、消耗费用低等优点在众多领域得到广泛应用，其基本工作原理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。打印机在联机状态下，通过接口接收PC机发送的打印控制命令、字符打印或图形打印命令，再通过打印机的CPU处理后，从字库中寻找与该字符或图形相对应的图象编码首列地址（正向打印时）或末列地址（反向打印时），如此一列一列地找出编码并送往打印头驱动电路，激励打印头出针式打印，与热敏式打印机相比，不仅在工作方式上简单、易于操作，而且现代针式打印机在控制驱动电路中还广泛采用了微处理器、ROM和RAM存储器。其中ROM主要用来存储针式打印机的管理程序、字符库和汉字库，不加汉字库时容量一般在10KB以上，加上汉字库后容量更大。而RAM则主要作为打印机接收主机信息数据缓冲区，一部分在针式打印机加电初始化后存储来自ROM的字符集，另一部分在程序执行中供动态参数交换使用。不同的针式打印机其RAM是不同的，汉字针式打印机的RAM一般在几十KB，而非汉字钉打的RAM一般只有1KB左右。显然，现代针式打印机不仅可以自身完成控制打印任务，还可独立打印汉字。所以结合各种单片机与微型打印机的工作原理及特点，本设计以80C51单片机和微型针式打印机的接口设计为主。3.2 微型打印机的接口信号分析微型打印机与单片机是通过一条20芯扁平电缆及插件相连接的，打印机有20线扁插座，信号引脚排列如图3-1所示。图3-1 微型打印机接口信号引脚图具体引脚功能：(1)DB0DB7:数据线单向传输。由单片机输给打印机。(2) :数据线选通信号，在该信号上升沿时，数据线上的8位并行数据被打印机读入机内锁存。(3)BUSY:打印机“忙”状态信号。当该信号有效(高电平)，表示打印机正忙于处理数据，此时，单片机不能使用 信号有效，向打印机送入新的数据。(4) ：打印机的应答信号，低电平有效。表明打印机已取走数据上的数据。(5) ：“出错”信号。3.3 微型打印机与80C51单片机的接口设计80C51通过扩展8255的PA口与微型打印机相连接，采用查询方式，通过读取8255A的PC0脚的状态来判断送给打印机一个字节的数据是否处理完毕，也以用中断法，即BUSY直接与单片机的P3.3引脚相连。微型打印机与80C51的接口电路图如图3-2所示。图3-3为微型打印机与80C51接线图。 RD/ WR/RESET89c51P0.7-P0.0 EA/ ALE Q774LS373D7-D0 Q1 Q0GRD/WR/RESETCS/ GND 8255AA1 PC7A0 PC0D7-D0DB0-DB7微型打印机GNDSTB/BUSY图3-2 微型打印机与80C51的接口电路图3-3 微型打印机与80C51接线图3.3.1 8255A与80C51的接口设计 单片机8255A是一个典型的可编程通用并行接口芯片,它具有3个8位的I/O并行口,，即端口A、端口B和端口C。每个端口可以通过编程设置成输入端口或输出端口。每个端口各有特点。8255A的内部结构及外部引脚如图3-3，8255A芯片有3种工作方式：基本输入/输出方式，带选通的输入/输出方式和带选通的双向输入/输出方式。8255A共有40个管脚,其管脚按功能分为以下三类:(1)数据输入/输出管脚D0D7用于传送数据和控制字双向传送；(2)I/O口线 有A,B,C三个端口：PA0PA7:A口的输入/输出线,可由软件编程设置为输入还是输出；PB0PB7: B口的输入/输出线,可由软件编程设置为输入还是输出；PC0PC7:C口的输入/输出线,根据工作方式分为两组独立工作,可由软件编程设置为输入还是输出；(3)控制及地址线 :读信号线,低电平有效,与其他信号线实现对8255AI/O 口的读操作,即外部输入信号或状态字读到CPU中. :写信号线,低电平有效,与其他信号线实现对8255A的写操作,即将CPU的数据送到8255AI/O口及命令字寄存器. :片选信号线,低电平有效,只有当为低电平,才可以对进行读或写的操作. A0,A1:端口地址选者信号.8255A的端口地址通常由 ,A1,A0一起确定. RESET:复位输入信号.高电平时使8255A复位,复位后8255A的PA,PB,PC口均为输入状态。图3-3 8255A的内部结构及外部引脚图本设计采用带选通的方法进行编址，以单片机80C51的P0.7作为8255A的片选地址，把74LS373的Q7与8255A的片选相连，地址的Q0、Q1对应8255A的选择端口A0和A1，把不连接的地址设为高电平。这样8255A的A口地址为7CH。B口的地址为7DH。C口的地址为7EH。控制寄存器的地址为7FH。单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器，74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器。 1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,G)如何,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)； 当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端,G)上出现一个下降沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态。锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0Q7 状态与输入端D1D7状态相同；当C发生负的跳变时，输入端D0D7 数据锁入Q0Q7。设计中将80C51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。在80C51单片机系统中，采用74LS373作为地址锁存器。其中输入端1D8D接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开，如图3-4：图3-4 74LS373功能图通过74LS373锁存器将80C51中的数据间接的传送给8255A单片机上，再将8255A与微型打印机的接口相连接，8255A的PA口与微型打印机相连接，采用查询的工作方式，通过读取8255A的PC0脚的状态来判断微型打印机是否选通。3.3.2 8255A与微型打印机的接口外部设备是微型打印机，把8255A作为与微型打印机的接口部件，工作在查询式传送方式，电路连接如图3-5所示。8255A通过系统总线与80C51相连接，80C51发送的I/O端口选择信号通过74LS373的Q7选通。8255A的端口A作为发送字符的通道，即数据端口，把端口C作为查询传送方式时的应答信号，端口B不用。端口A组和B组均工作在方式0，端口A和端口C的高四位PC7PC4为输出方式，其中PC7作为微型打印机的选通信号，连接到微型打印机的 端，端口C的低四位PC3PC0设定为输入方式，其中PC0作为微型打印机的忙信号BUSY的输入端。当80C51要向微型打印机输入一个字符时，会先查询微型打印机的忙信号状态。忙作为高电平PC0=1，表示微型打印机正在处理处理一个字符或是正在处于打印过程当中，不能接收发送来的数据。此时单片机在等待并不断地检测PC0的状态，直到PC0=0，即微型打印机不忙时，80C51方可通过8255A向打印机传送数据。现将PC7置为低电平，在置为高电平，使得微型打印机 端可以得到一个负脉冲， 端的负脉冲作为选通脉冲，将PA口的数据传送到微型打印机的输入缓冲器，直到一个数据的发送过程结束。图3-5 微型打印机与8255A部件接口图3-6 微型打印机与8255接线图微型打印机与8255A连接线包括以下3项内容。(1) A口(PA0PA7)：与微型打印机的数据线相连，传送微型打印机的数据。(2) C口的PC0提供数据选通信号，接微型打印机的 信号进行选通控制。(3) C口的PC7接微型打印机的BUSY信号作为查询信号。4 软件设计 系统控制软件主要包括：主程序、打印机检测子程序、滑架复位检测子程序、点行打印控制子程序、走纸与点阵打印子程序、通讯子程序等。其中，点行打印控制子程序是本系统中最为关键最基本的部分。所有程序均采用汇编语言编写。软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化，程序流程如图4-1：图4-1 程序流程图5 设计总结通过89C51单片机与微型打印机系统的接口设计，在保证打印速度和打印效果的前提下，大大简化了硬件电路，节约了成本，为用户提供了一种低成本、高可靠性的产品。本文设计的针点式微型打印机已在许多领域正在应用，实际运行稳定、可靠。因不同型号的针点式微型打印机打印原理大致相同，本人感觉这种设计对于汉字的打印输出缺乏一定的可操作性，希望得到大家对此方面的帮助，同时也希望本文能给单片机及打印机爱好者带来一定帮助。通过设计使我对80C51单片机的引脚及功能有了更深层的了解和掌握，并对8255A扩展芯片的集中工作方式，在实际设计当中是如何灵活应用各个口，作了仔细的分析，设计当中还用到了74LS373，也对74LS373锁存的功能，引脚有了认识和了解。设计最终是通过编程的方式实现的，这用到了我们所学的汇编语言，就对微型打印机如何进行初始化，如何启动打印机如何取汉字点阵的程序一步一步进行了分析研究。本设计电路简单，可以实现汉字的打印，在实际的设计当中用到了实验室的实验箱和一些现有的模块，经过不断的调试和反复的测验，将已学过的东西逐步吸收，转化为可以实际应用到实践中的东西，增强了我的实际动手能了。谢 辞感谢我的导师胡春华老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开她的细心指导。感谢我的班主任白老师，四年中教会了我许许多多。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今