采用N32G020核心控制板实现热敏式微型打印机的设计

热敏式微型打印机（又称：微型打印机、微打）是在淡色材料上（通常是纸）覆上一层透明膜，将膜加热一段时间后变成深色（一般是黑色，也有蓝色），图像通过加热，在膜中产生化学反应而生成的，当温度为200℃时，这种反应会在几微秒内完成。

热敏式微型打印机的打印头中带有许多热敏型电阻，主控芯片控制热敏型电阻根据需要进行加热，当热敏打印机接收到打印字符/图片/二维码/一维码后，主控芯片根据位图数据控制打印头中对应的热敏电阻通电，从而加热出有规则的深色点，同时，主控芯片控制步进电机进行精确的滚纸操作，多次加热后，这些规则的深色点最后组成了有效字符/图片。

一．微打部件构成

主要由以下三个部件构成：

图二：部件构成图

APP/人机界面（上左）：实现人机交互界面，如智能终端APP、打印工具软件，用来输入打印数据、排版等操作。

核心控制板（上中）：实现打印控制、数据交互、系统控制等处理。

热敏打印头（上右）：实现热敏加热、走纸、过热信号输出、缺纸信号输出。

二．微打系统方案

图三：方案框图

微打三个主要部件的工作方式：

首先，通过人机交互『APP/人机界面』将命令/数据通过通讯接口发送到『核心控制板』上。

再次，『核心控制板』通过对应的接口接收打印数据，如接收为命令，则进行相应的命令处理；如打印字体格式修改命令、换行命令、字体效果缩放命令等；如接收为打印字符数据，根据字符类型（英文字符/汉字/其他日文/韩文等字符），转换为对应字符内码，通过字符内码从字库数据中定位、读取字符的字模点阵。之后，通过『核心控制板』上的MCU将点阵数据通过SPI接口传送给打印头。

最后，打印头接收到点阵数据后，结合MCU控制的加热使能信号进行加热处理，在加热期间，主控MCU会对加热时间、过热检测、缺纸检测进行相应处理，同时由MCU控制电机进行走纸操作，最终实现边打边走纸的效果。

三．N32G020产品的核心控制板硬件参考设计

核心控制板的主要功能是接收上层下发的打印命令/数据，数据转换、发送到打印头、控制打印头加热&电机走纸、按键&LED控制。

图四：核心控制板框图

其中较为关注的技术，有以下几点：

1、发送到打印头的是字符的点阵数据，每一个点阵对应到打印头的一个加热点，相当于是打印纸上的像素点，如富士通FTP-628M打印头，其一行像素点为384点，意思是每次可以同时处理384个像素点，每个像素点的宽度约为0.125mm，即一行宽度为0.125mm×384=48mm（实际有效宽度），一般打印纸两边边缘有保留空白10mm，一行总宽为58mm，称为58mm热敏式微型打印机。

2、打印头中的电机通常为4相步进电机，通过4个I/O口控制电机的四相八步，时序的实现是通过Timer定时器对I/O口进行翻转操作，最终实现电机走纸。

3、打印头中的发热，是通过打印头中的加热线STB实现，通过I/O口拉高STB就使能加热。

4、在加热前会检测是否缺纸，其原理是打印头内带有光电传感器，是通过光电传感器的光电转化，其位置处于塑胶滚轴下的光电传感器，当纸滚入滚轴后纸会挡住光电传感器的入口孔，阻止光线进入，然后经过光电转化后，打印头最终输出电平值，通过MCU的ADC模块对电压进行采样，如电压过低则缺纸，反之有纸（高低电压还需参考周边电路），过热检测，通过ADC采电平值，亦是同理。

以下是MCU对打印头的主控制图

图五：打印头控制图

四．主控MCU

微打方案采用N32G020K6/7/8，是国民技术基于ARM Cortex M0架构的32位低功耗、高性能处理器主控芯片。

图六：N32G020系列K8型号

其主要参数如下：

1） 高达80MHZ主频，2KB 指令Cache

2） 内置64K/128K/256K可选FLASH，20K 片内SRAM，10万次擦写，10年数据保持能力

3） 具有丰富的外设接口，包含2个SPI、3个UART、2个I2C、1个ISO7816接口、1个无晶振全速USB2.0

4） 集成1个12bit ADC 1Mbps采样率 最大10通道输入、1个10bit 400Kbps DAC、2个模拟比较器、最大8通道PWM输出、1个DMA 最大8通道

5） 配置5个32位Timer、1个32位RTC、1个看门狗、1个24bit Systick

6） 内嵌硬件高速加密算法引擎，AES、DES、RSA、ECC、SHA、CRC16及TRNG随机数发生器

7） 支持SWD调试接口、通用的JLink仿真器下载、调试。

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和参考设计

该系列产品的SPI0支持4线模式，最大20M 时钟，用于快速读取外部SPI FLASH字库数据，DMA可用于读取USB接口、UART接口数据，减少CPU的干预，提高系统数据处理性能，直接提高打印机打印速度！

五．方案实物

基于N32G020产品的热敏式微打方案，在鉴于同类微打方案的功能、性能对比之下，有更多特色与优势！

方案实物图，先睹为快：

图七：微打方案实物图

N32G020系列通用MCU芯片，与常规的热敏主控芯片相比，芯片集高性能、低功耗、安全特色（内置硬件存储保护和加、解密算法加速引擎）于一身，在热敏式微型打印机解决方案上，具有绝对优势：

A. 特色：

a） 支持富士通FTP-628 58mm打印头及国产精芯打印头

b） 支持ASCII字符、GB2312汉字、条形码、二维码、图片打印

c） 支持ESP/POS兼容ESC命令的票据打印

d） 支持UART、无驱USB有线打印

e） 支持蓝牙、WIFI等无线打印

B. 优势：

a） 业界高性能、低功耗且性价比高的ARM Cortex M0处理器芯片

b） 无MCU晶振、无USB晶振，节省BOM成本

c） 自带内部可控LDO输出，节省成本、降低功耗

d） 打印速度比其他同等打印头方案快20%以上

e） 支持硬件安全级代码保护，防抄板，保护方案

国民技术将深耕物联网MCU领域，以高、中、低全系列化的产品演进路线，为各行业提供高性价比的创新整体解决方案和技术支持服务。针对其他种类微型打印机，公司将陆续推出相应的解决方案和产品，以全覆盖微型打印机市场为目标，为行业提供全方位方案保障。