熱敏式微型印表機(又稱:微型印表機、微打)是在淡色材料上(通常是紙)覆上一層透明膜,將膜加熱一段時間後變成深色(一般是黑色,也有藍色),圖像通過加熱,在膜中產生化學反應而生成的,當溫度為200℃時,這種反應會在幾微秒內完成。
熱敏式微型印表機的列印頭中帶有許多熱敏型電阻,主控晶片控制熱敏型電阻根據需要進行加熱,當熱敏印表機接收到列印字符/圖片/二維碼/一維碼後,主控晶片根據位圖數據控制列印頭中對應的熱敏電阻通電,從而加熱出有規則的深色點。
同時,主控晶片控制步進電機進行精確的滾紙操作,多次加熱後,這些規則的深色點最後組成了有效字符/圖片。
APP/人機界面(上左):實現人機互動界面,如智能終端APP、列印工具軟體,用來輸入列印數據、排版等操作。
核心控制板(上中):實現列印控制、數據交互、系統控制等處理。
熱敏列印頭(上右):實現熱敏加熱、走紙、過熱信號輸出、缺紙信號輸出。
首先,通過人機互動『APP/人機界面』將命令/數據通過通訊接口發送到『核心控制板』上。
再次,『核心控制板』通過對應的接口接收列印數據,如接收為命令,則進行相應的命令處理;如列印字體格式修改命令、換行命令、字體效果縮放命令等;如接收為列印字符數據,根據字符類型(英文字符/漢字/其他日文/韓文等字符),轉換為對應字符內碼,通過字符內碼從字庫數據中定位、讀取字符的字模點陣。之後,通過『核心控制板』上的MCU將點陣數據通過SPI接口傳送給列印頭。
最後,列印頭接收到點陣數據後,結合MCU控制的加熱使能信號進行加熱處理,在加熱期間,主控MCU會對加熱時間、過熱檢測、缺紙檢測進行相應處理,同時由MCU控制電機進行走紙操作,最終實現邊打邊走紙的效果。
核心控制板的主要功能是接收上層下發的列印命令/數據,數據轉換、發送到列印頭、控制列印頭加熱&電機走紙、按鍵&LED控制。
其中較為關注的技術,有以下幾點:
1、發送到列印頭的是字符的點陣數據,每一個點陣對應到列印頭的一個加熱點,相當於是列印紙上的像素點,如富士通FTP-628M列印頭,其一行像素點為384點,意思是每次可以同時處理384個像素點,每個像素點的寬度約為0.125mm,即一行寬度為0.125mm×384=48mm(實際有效寬度),一般列印紙兩邊邊緣有保留空白10mm,一行總寬為58mm,稱為58mm熱敏式微型印表機。
2、列印頭中的電機通常為4相步進電機,通過4個I/O口控制電機的四相八步,時序的實現是通過Timer定時器對I/O口進行翻轉操作,最終實現電機走紙。
3、列印頭中的發熱,是通過列印頭中的加熱線STB實現,通過I/O口拉高STB就使能加熱。
4、在加熱前會檢測是否缺紙,其原理是列印頭內帶有光電傳感器,是通過光電傳感器的光電轉化,其位置處於塑膠滾軸下的光電傳感器,當紙滾入滾軸後紙會擋住光電傳感器的入口孔,阻止光線進入,然後經過光電轉化後,列印頭最終輸出電平值,通過MCU的ADC模塊對電壓進行採樣,如電壓過低則缺紙,反之有紙(高低電壓還需參考周邊電路),過熱檢測,通過ADC採電平值,亦是同理。
微打方案採用N32G020K6/7/8,是國民技術基於ARM Cortex M0架構的32位低功耗、高性能處理器主控晶片。
1) 高達80MHZ主頻,2KB 指令Cache
2)內置64K/128K/256K可選FLASH,20K 片內SRAM,10萬次擦寫,10年數據保持能力
3) 具有豐富的外設接口,包含2個SPI、3個UART、2個I2C、1個ISO7816接口、1個無晶振全速USB2.0
4) 集成1個12bit ADC 1Mbps採樣率 最大10通道輸入、1個10bit 400Kbps DAC、2個模擬比較器、最大8通道PWM輸出、1個DMA 最大8通道
5) 配置5個32位Timer、1個32位RTC、1個看門狗、1個24bit Systick
6) 內嵌硬體高速加密算法引擎,AES、DES、RSA、ECC、SHA、CRC16及TRNG隨機數發生器
7) 支持SWD調試接口、通用的JLink仿真器下載、調試。
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和參考設計
該系列產品的SPI0支持4線模式,最大20M 時鐘,用於快速讀取外部SPI FLASH字庫數據,DMA可用於讀取USB接口、UART接口數據,減少CPU的幹預,提高系統數據處理性能,直接提高印表機列印速度!
基於N32G020產品的熱敏式微打方案,在鑑於同類微打方案的功能、性能對比之下,有更多特色與優勢!
方案實物圖,先睹為快:
N32G020系列通用MCU晶片,與常規的熱敏主控晶片相比,晶片集高性能、低功耗、安全特色(內置硬體存儲保護和加、解密算法加速引擎)於一身,在熱敏式微型印表機解決方案上,具有絕對優勢:
a) 支持富士通FTP-628 58mm列印頭及國產精芯列印頭
b) 支持ASCII字符、GB2312漢字、條形碼、二維碼、圖片列印
c) 支持ESP/POS兼容ESC命令的票據列印
d) 支持UART、無驅USB有線列印
e) 支持藍牙、WIFI等無線列印
a) 業界高性能、低功耗且性價比高的ARM Cortex M0處理器晶片
b) 無MCU晶振、無USB晶振,節省BOM成本
c) 自帶內部可控LDO輸出,節省成本、降低功耗
d) 列印速度比其他同等列印頭方案快20%以上
e) 支持硬體安全級代碼保護,防抄板,保護方案
國民技術將深耕物聯網MCU領域,以高、中、低全系列化的產品演進路線,為各行業提供高性價比的創新整體解決方案和技術支持服務。針對其他種類微型印表機,公司將陸續推出相應的解決方案和產品,以全覆蓋微型印表機市場為目標,為行業提供全方位方案保障。
N32G020微型印表機方案在深圳會展中心2019年6月14日~16日舉辦的深圳半導體展會上展示(6號廳6A005號展臺)。