热敏打印机原理

基于89S51单片机的微型热敏打印机软件设计

heshw99 发表于 2007-3-7 23:07:00

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摘要：介绍了基于89S51单片机的微型热敏打印机的组成，分析了打印原理，详细给出了整体流程以及各

个功能模块的软件设计。热敏打印头采用I/O口模拟串行数据传输实现数据加载。设计的微型热敏打印机

运用于实际，取得了良好的效果。

关键词：热敏打印机 过热保护 步进电机 数据加载

1引言

由于常用的微型针式打印机的速度慢，噪声大，无法满足某些场合的需要。微型热敏打印机具有打印速度

快、噪音低、可靠性高、字迹清晰、机头小而轻等优点，可满足各种场合的打印要求，因此得到广泛应用。

笔者在汽车行驶记录仪的开发过程中，根据厂家要求，选用较为先进的热敏打印机作为打印设备。但微型

热敏打印头对打印时序和温度要求较高，一旦控制不当极易造成打印头烧毁。因此，在有合理的硬件设计

的基础上，软件设计也十分重要。本文使用某些软件设计替代了部分硬件电路，使打印机的控制电路得到

了简化。

2打印原理

选用的FTP-628作为热敏打印头。该热敏打印头点结构384点/行，水平方向点密度：8点/mm，垂直方向行

间距：8点/mm。有效打印宽度48mm。打印速度最大为60mm/秒[1]。

要打印的数据在时钟CLK的配合下，经由数据输入脚DI移到热敏机芯内部的移位寄存器中。经384个时

钟周期，一行384位数据全部移到移位寄存器后，锁存端的锁存信号/LAT由CPU置低，移位寄存器的数据

被锁存到锁存器。然后热敏头加热控制信号STB产生高电平，此时根据384点输入的DI数据是1或者是0

决定发热元件是否发热，由此在热敏纸上产生要打印的点行。

3系统整体框图

本文介绍的微型热敏打印机由主控芯片、步进电机驱动模块、热敏打印头过热保护模块、热敏打印头缺纸

检测模块、RS-232通信模块、供电模块等部分组成。其中步进电机驱动模块负责控制打印纸走纸及走纸速

度；热敏打印头过热保护模块防止热敏打印头温度过高损坏；热敏打印头缺纸检测电路完成热敏打印头是

热敏打印机工作原理

热敏打印机是一种常见的打印技术，它利用热敏纸和热敏打印头来实现打印功能。它的工作原理主要分为两个部分：加热和显色。

首先，当需要打印内容时，电脑会发送指令给打印机，打印机的控制电路接收到指令后，将其转化为相应的电信号。这些电信号会通过驱动芯片驱动热敏打印头中的加热单元。

热敏打印头中有很多加热单元，它们排列在一个行的方向上。当电信号经过驱动芯片作用于加热单元时，单元中的电阻发生变化，从而产生热量。这些加热单元会在打印头下方的热敏纸上生成热点。一般来说，黑色区域需要加热更长的时间，而白色区域只需要短暂的加热。

一旦热点产生，热敏纸上的感光层被加热到一定温度，就会发生显色反应。热敏纸上的感光颜料会由无色变为有色，形成文字或图像。

通过不断地在纸上移动，热敏打印头将整个行的加热单元逐个激活，从而在热敏纸上形成完整的图案。整个过程是非常快速的，可以实现高速打印。

由于使用的是热敏纸和热敏打印头，并不需要墨水或碳带，因此热敏打印机具有结构简单、维护成本低和打印速度快的特点。然而，热敏打印出的图案相对较浅，保存时间较短，容易被外界的高温或光照破坏。因此，适用于需要短期保存的打印需求，例如收据、票据等。

超市的小票打印原理

超市的小票打印原理是使用热敏打印机。热敏打印机使用热敏纸，通过控制纸张加热的方式来实现打印。

具体原理如下：

1. 热敏打印机内置一个热敏打印头，打印头上有一排排列的小电阻。

2. 当电流通过这些小电阻时，会使得电阻所在位置发热。而热敏纸上有一种特殊的热敏层，这种热敏层能够通过加热而发生颜色变化。也就是说，当热敏纸上的热敏层被加热后，会在该位置变黑。

3. 当需要打印的内容被输入到打印机后，控制系统会控制打印头的加热位置和时间。通过一行一行的方式，控制打印头加热的位置在热敏纸的相应位置上，即可使得这些位置的热敏层变黑，形成文字或图案。

4. 打印过程完成后，打印机会自动切换到下一行进行打印，直到打印完成。

总结起来，热敏打印机通过控制打印头对热敏纸进行加热，使得热敏纸上的热敏层变黑，从而实现打印文字或图案。这种打印方式具有速度快、噪音低、易于维护等特点，被广泛应用于超市等场所的小票打印。

热敏打印头控制方式浅谈

目前我们项目中使用的热敏打印头主要是两种：FTP-628MCL103（2英寸。对应项目：1210/1230，1510，1240)和FTP-638MCL101(3英寸。对应项目：1310)。对打印头的控制可以说是一个热敏打印机的最核心部分。本文将对电机、加热、报警等方面的各种控制方式做一个简单的叙述。

电机控制

FTP系列打印头使用步进电机进行转动控制。

所谓步进电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

628与639两种打印头在电机上并无区别。根据打印头资料，可以知道，打印头排线有4个引脚用于控制步进电机。下图给出了控制电机转动的时序图。原理并不复杂，用于控制电机相位的4个信号线（A，B，nA，nB）需依次加电。一个完整的周期可以分为8个部分，对应电机的相位分别应该在A，AB，B，BnA，nA，nAnB，nB，nBA。要实现这样的时序也不是难事。目前我们采用过两种方法来实现。

1． 使用定时器来控制。系统内置一个定时器（定时器周期为1/4点行周期），再设置一个以8为模的累加器。每次定时器触发根据当前累加器的值对4根信号线分别加电。

2． 使用PWM来控制。许多CPU都支持PWM输出。用PWM可以很容易的产生一个固定周期和占空比的方波信号。如果有4路相同的PWM信号再经过一个固定延时后分别启动（从图中可以直观的看出，延时为1/4电机周期）。