针式打印机设计的 firmware简要说明

市面上有很多便携式热敏打印机，我之前也设计过。热敏打印机最大的优点是除了打印纸，没有别的耗材；缺点是热敏打印纸上记录的内容，没有办法长期保存，大约几个月后，热敏材料就会失效。

鉴于消费者有长期保存记录数据的需求，因此，需要设计一款针式打印机，它使用的就是普通的打印纸，利用微型的针撞击纸张表面的色带，将颜色印在纸上，这样的记录可以长期保存，只是定期要更换色带。

针式打印机外观如图：

内部是这样的：

这个就是打印机的耗材，色带：

该项目的软件主要包括这几个模块：打印，红外接收，串口接收，按键扫描。其中打印的执行，数据接收和按键扫描均在中断中完成，因此主程序主要是打印缓存的计算，以及按键的处理等。

主程序流程如下：

图1： 主程序流程

一．打印缓存的计算：

因为该产品使用epson的针式打印头M-190，它的8个打印通道（A~H）排列与热敏打印头不同，为横向排列，每一个打印通道的打印区域也不同，其排列如下：

图2

它的每一个dotline可打印144个dot，若打印5×7点阵，则可打印24个字符/行：

图3

若每接收到一个字符信息就立即计算其打印点阵，则程序处理将变得非常复杂：如在一行当中文字、图形交错，出现展宽或下划线等。

因此现在定在计算完一行应打印的内容后再开始该行的打印。这样做所有的情况都无需再进行单独处理，程序大大简化。

所以打印缓存需要144个内存单元。这144字节每一个字节相同的位（bit）都对应着打印点阵的一个dotline，共8个dotline，8×144点。在程序中，144个字节的bit0位对应打印点阵的第8个dotline（和发射的图形格式相吻合），bit7位对应打印点阵第1个dotline。

打印缓存的计算包括行缓存的计算和TG打印内容的计算。

1）行缓存的计算：

每次打印前先计算完毕该行（144×8dotline）的打印内容再开马达（该计算由IrBuf2printbuff(void)完成）。
IrBuf2printbuff(void)主要有三个分支处理：
1》控制字符的处理：

2》行结束及进纸处理：
10，4：根据具体情况决定是换行还是进纸，详见程序。在执行IrBuf2printbuff(void)时，当Irbuf中的4或10连续时，每次只转换一个，若前面有打印内容，则为换行，反之为进纸。

3》字符打印点阵的计算：
根据字体标志查相应的字体表格。然后根据其他的标志进行相应的处理。

2）TG打印内容的计算：

主程序在每一个TG信号来之前就计算好该TG应打印的内容。
根据TG信号的个数确定dotline，查print_buff[144]。

行缓存计算的流程图如图4所示：

图4 行缓存计算流程图

---

二．打印的执行：

计算完毕print_buff[144]后，置相应标志，开打印头马达。在打印一个字行（8个dotline）时，只在第一个dotline处开HS中断，中间屏蔽HS中断，以免HS中断时影响TG信号的时序。Dotline用TG的个数来计算。

1）MCU工作主频的确定：

在主程序中有一个预TG信号，比TG信号大一。因此是在上一个TG信号计算这一个TG应打印的内容。因此计算时间不能超过一个TG的时间。

一般TG信号的宽度为0。48ms，而计算TG打印内容所需的时间约800个机器周期。对MSP430而言，即800个指令周期。当DCO=4M时，计算时间约为160us，基本可满足以上要求，因此主频定在4M左右。打印的所有动作均在HS和TG中断中完成。

2）打印头的保护：

用TIME_B实现打印头出现异常情况时的保护。

据datasheet，TG在开马达100ms以后若有大于2。5ms的情况时为异常，因此需加超时保护。每一个TG来时清保护定时器，若定时器溢出保护时，关马达，关打印通道，CPU进入休眠状态。

3）连续图形的打印：

1》连续打印时的停马达：
在按照datasheet的时序关马达后，打印头还会滑行40个TG左右的距离。

而在每打印一行之前必须停下马达进行行缓存的计算（红外接收时接收一行的速度要比打印一行的速度慢）这样在打印时两个字行（wordline）会有一个dotline的空行，在图形打印时很不美观。

因此，在连续打印时，必须让打印头停在第8个dotline的回程，才能使两个wordline连续。这里在第8个dotline开始时关MOTO_ON,在第8个dotline回程开始时开MOTO_BREAK,可使打印头停在回程中。

而当电压不同时，打印头滑行的距离是不一样的，因此在关MOTO_ON的时间应该和电压有关，才能使打印头既不会停在第8个dotline的正程，也不会超出第9个dotline的HS。

2》一次打印完成后马达的归位：
但这样停马达刚好使手动进纸机构不能正常工作，因此在打印完成后还必须使打印头正常归位，使用户能手动进纸。当接收缓存为0且在两秒钟内没有接收，则认为此次打印结束，开马达，使之归位（在HS刚为低电平时停马达）。

3》注意事项：
要想获得连续的图象打印，信号发射端每一行之间的发射间隔不能大于2S,否则两个wordline中间会有一个dotline的空行。

4）打印起始的判定：

因为M-190正程为54个TG信号，既HS来后的第一个TG中断就应该进行打印。而打印头基本停在HS之后的正程，因此要有判断，第一TG来时HS一定为高电平，否则为上次停马达后的进纸，不进行打印。

5）打印通道的顺序：

8个打印通道的驱动顺序应该为（A,D,G）---(B,E,H)---(C,F)。
打印中断程序流程图为图5，保护定时器流程图为图6。

图5 打印中断流程图

图6： 保护定时器流程

---

三．按键的处理：

1．开机后按feed键，打印机进纸，支持长按键。在开机之前若先按住feed键，再按power键，则当power键放开时，打印机进行自检（ROMAN 8 字体）。

2．开机后长按mode键（>1S）,进入充电模式，开始对电池进行充电。
注：必须AC adapter有连接，否则自动关机。
在开机之前若先按住mode键，再按power键，则当power键放开时，打印机在2400―――》4800―――》9600―――》infrared receive四种接收模式之间切换。

3．Power键直接连接CPU的RESET脚。每复位一次使用一个NO_INIT变量来判断开关机之间的切换。

---

四．充电的处理：

当电压低于4.8V时，按power键关机或10分钟自动休眠后，开始自动后台充电。

用一个A/D通道测量充电时的电压。在电压到预定值（连续10次）或连续充电14小时后，充电结束，进入休眠。

充电时关闭所有接受中断，不响应进纸键，LED约以1S闪烁。

---

五．红外接收的上电处理：

开机后红外接收头上的电压会有抖动，从而使输出口有信号，使接收缓存不为0。抖动时间约600～800ms。因此开机1S后再开红外接收中断。

---

六．红外通讯解码模块：

红外通讯解码模块包括 Port2Int()，TA_CCRx ()，IrInit()，IrEnable()四个函数。

IrInit()实现红外通讯解码模块的初始化功能，初始化后模块处于关闭状态。IrEnable()是启动模块函数。Port2Int()实现红外通讯数据帧解码、校验功能。TA_CCRx ()是通讯超时处理。

红外通讯数据帧协议

红外通讯协议为如上图所示的Redeye协议，每个单元的周期为470us，调制信号的宽度占一个单元的50%。

一个完整的数据帧由帧头START、帧尾STOP、纠错数据和数据DATA组成。帧头为3个有调制信号的单元，帧尾是3个无调制信号的单元，纠错数据和数据都用2个单元来表示每bit，有调制信号的在前无调制信号的在后表示1，无调制信号的在前有调制信号的在后表示0，数据为8bits，纠错数据为4bits的Hamming Code。

经过红外接收硬件电路的解调，上图中黑框表示的调制信号变为高电平信号。

Port2Int()为外部中断函数，当接收到的信号发生上升沿跳变时，Port2Int()就被调用一次。TA_CCRx ()为定时器TA的CCR溢出中断函数。Port2Int()、TA_CCRx ()流程如下图（图中的T为数据帧中一个单元的时间）。

当接收红外通讯信号时，外部中断将捕获解调信号每一次上升沿，用定时器TA计算每个上升沿的间隔时间。从通讯协议可以知道，在正常情况下间隔只能是T、2T、3T（除了停止位）。

帧头一定是连续2个为T的间隔，并且在每个帧里是唯一的。接收数据位时，由间隔和前一位数据值判断当前位的数据值，如果间隔为T且前一位为0，则当前位为1；如果间隔为3T且前一位为1，则当前位为0；如果间隔为2T，则当前位和前一位相同；初始数据位的前一位值为0。所有的帧长度都是固定的30T，因此以通过间隔来求得接收的数据。

在通讯受到干扰的情况下，红外调制脉冲可能丢失或增加，因此加入抗干扰程序来增强通讯的可靠性。

由于数据帧长度是固定的，并且间隔一定是T的倍数，因此可以检测出脉冲丢失或增加。在每个帧里包含4bits的Hamming Code，所以Hamming Code可以检验小于3bits的错误。

红外通讯数据帧接收流程图

---

这样，基本上就把整个打印机的软件设计过程讲清楚了。如果各位有疑问，欢迎交流~~

---

以上内容均由 @patriciaphilip原创，如无授权，请勿引用，谢谢！

---

Posted from my blog with SteemPress : http://cnstm.org/blog/2019/05/09/impact-printer-firmware/

---