单片机与微型打印机接口技术.docx

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、处理力量强、系统构造简洁、价格低廉、体积小等优点，所以以单片机掌握微型打印机的技术已经在很多领域得以应用，本文争论应用 EL-MUT-111单片机/微机试验系统及8086CPU 通过与打印机并行通信方法来掌握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 technology GUO 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 populardot-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，随着计算机技术的进展和日趋完善的用 户需求而得到较大的进展。单片机在工业掌握中的应用越来越广泛，由于其内部具有 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。由于它具有简洁有用、高牢靠性、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 进展。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构造和驱动原理的根底上，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,是增加型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,使用户的产品设计简洁,更换代便利。Motorola 是世界上最大的单片机厂商.从M6800开头,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,抗干扰力量强,更适合于工控领域及恶劣的环境。Micro Chip 单片机承受Harvard 双总线构造,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动力量,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 驱动局部做得很好. 8051单片机最早由Intel 公司推出,其后,多家公司购置了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,有人推想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，并且由于针式打印头掌握简洁，可以承受比较廉价的掌握板方案 来生产，所以比较廉价。但是针打也有很多缺点：噪音大，打印速度慢、打印头损耗快，需要常常更换色带，由于其原理的关系，这些是不行抑制的。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，打印头很少消灭机械损耗，并且不需 要色带，免去了更换色带的麻烦。但它也有缺点，由于其使用的是热敏纸，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承受的接口类型，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快速崛起，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”，是一种增加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，设备的安装及使用简洁，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展传送，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，由于长度增加，干扰就会增加，简洁出错。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 有两个标准，即 USB1.1和USB2.0。USB1.1 是目前较为普遍的USB 标准，USB2.0标准是由 USB1.1标准演化而来的。可以用USB 2.0 的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说，全部支持 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忧兼容性问题，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掌握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，因此假设要进展较长距离的通信时，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的根底上进展功能的增、减、转变而来的，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，固然，功能或多或少有些转变，以满足不同的 需求，其中89C51是这几年在我国格外流行的单片机。8051与80C51的区分：80C51单片机是在8051的根底上进展起来的，也就是说在单片 机的进展过程中是先有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、总线等完全全都完全兼容，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构造都一样，它们之间的主要差异在 于芯片的制造工艺上。80C51的制造工艺是在8051根底上进展了改进。8051系列单片机承受的是HMOS 工艺：高速度、高密度；80C51系列单片机承受的是 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，其设计方法和体系构造始终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，针式打印机以其构造简洁、技术成熟、性能价格比好、消消耗用低等 优点在众多领域得到广泛应用，其根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 机发送的打印掌握命令、字符打印或图形打印命令，再通过 打印机的CPU 处理后，从字库中查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，鼓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洁、易于操作，而且现代针式打印机在掌握驱动电路中还广泛承受了微处理器、ROM 和RAM 存储器。其中ROM 主 要用来存储针式打印机的治理程序、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，一局部在针式打印机加电初始化后存储来自ROM 的字符集，另一局部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。明显，现代针式打印机不仅可以自身完成掌握打印任务， 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，向打印机送入的数据。(4) ：打印机的应答信号，低电平有效。说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，承受查询方式，通过读取8255A的 PC0脚的状态来推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-P0.0EA/ ALEQ7 74LS373D7-D0Q1 Q0GRD/ WR/ RESETCS/GND 8255AA1PC7A0PC0D7-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 的内部构造及外部引脚如图3-3，8255A 芯片有3种工作方式：根本输入/ 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用于传送数据和掌握字双向传送；(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,依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) 掌握及地址线Ø: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.Ø:写信号线,低电平有效,与其他信号线实现对8255A的写操作,马上CPU的数据送到8255AI/O 口及命令字存放器.Ø:片选信号线,低电平有效,只有当为低电平,才可以对进展读或写的操作.ØA0,A1:端口地址选者信号.8255A 的端口地址通常由 ,A1,A0一起确定.ØRESET:复位输入信号.高电寻常使8255A 复位,复位后8255A 的PA,PB,PC口均为输入状态。图3-3 8255A 的内部构造及外部引脚图本设计承受带选通的方法进展编址，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。掌握存放器的地址为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。Ø1脚是输出访能(OE),是低电平有效,当1脚是高电寻常,不管输入3、4、7、8、 13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存掌握端,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)；Ø当1脚是低电寻常,只要11脚(锁存掌握端,G)上消灭一个下降沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)马上呈现输入脚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 为低电寻常，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE 为高电寻常，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 为高电寻常，输出Q0Q7 状态与输入端D1D7状态一样；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， 承受74LS373作为地址锁存器。其中输入端1D8D 接至单片机的P0口，输出端供给的是低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，表示输出三态门始终翻开，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，承受查询的工作方式，通过读取8255A 的PC0脚的状态来推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完毕。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供给数据选通信号，接微型打印机的 信号进展选通掌握。(3) C 口的PC7接微型打印机的BUSY 信号作为查询信号。4 软件设计系统掌握软件主要包括：主程序、打印机检测子程序、滑架复位检测子程序、点行打印掌握子程序、走纸与点阵打印子程序、通讯子程序等。其中，点行打印掌握子程序是本系统 中最为关键最根本的局部。全部程序均承受汇编语言编写。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，节约了本钱，为用户供给了一种低本钱、高牢靠性的产品。本文设计的针点式微型打印机已在很多领域正在应用，实际运行稳定、牢靠。因不同型号的针点 式微型打印机打印原理大致一样，本人感觉这种设计对于汉字的打印输出缺乏肯定的可操作 性，期望得到大家对此方面的帮助，同时也期望本文能给单片机及打印机爱好者带来肯定帮 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把握，并对8255A 扩展芯片的集中工作方式，在实际设计当中是如何敏捷应用各个口，作了认真的分析，设计当 中还用到了74LS373，也对74LS373锁存的功能，引脚有了生疏和了解。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展初始化，如何启 动打印机如何取汉字点阵的程序一步一步进展了分析争论。本设计电路简洁，可以实现汉字 的打印，在实际的设计当中用到了试验室的试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取，转化为可以实际应用到实践中的东西，增加了我的实 际动手能了。谢 辞感谢我的导师胡春华教师，她严谨细致、一丝不苟的作风始终是我工作、学习中的典范； 她循循善诱的教育和不拘一格的思路赐予我无尽的启迪，这片论文的每个试验细节和每个数 据，都离不开她的细心指导。感谢我的班主任白教师，四年中教会了我许很多多。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个生疏的城市里，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忧的任何不快活的事情。只是今后大家就难得再聚 在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。但愿我们的将来平平安安、快欢快活、顺顺当利，也愿我们所以的同学开快活心。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，哺育之恩，无以回报，你们永久安康欢快是我最大的心愿。在论文马上完成之际，我的心情无法安静，从开头进入课题到论文的顺当完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请承受我真诚的谢意！参考文献：1 陈玉平，李晓华. 单片机打印机接口应用探讨J. 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Wuhan University of Technology Institute of Information Engineering, Wuhan 430070