摘要：  本设计中，采用了双重保护电路，STB 信号由主控制芯片EFM32TG222 控制，对VP 的控制则采用单稳态触发器搭建独立于主控器的保护电路。这种双重保护电路大大提高了保护打印头的可靠性，起到很好的保护效果。

关键字：  超级市场，  便利店，  邮政，  银行，  烟草专卖，  公用事业抄表

行业分类有仪器仪表、超级市场、便利店、邮政、银行、烟草专卖、公用事业抄表、移动警务系统、移动政务系统等等。可谓打印机与我们的日常生活息息相关。常见的针式微型打印机速度慢、噪声大、打印头损耗快，无法满足日常某些场合的应用。因此热敏式微型打印机以其体积小、打印速度快、噪声低、可靠性高、字迹清晰等优点，获得了人们应用的青睐。热敏式目前已在销售点终端系统、银行系统、医疗仪器、电信、餐饮、娱乐、自助查询、排队取号等领域中得到了广泛的应用。微型热敏打印机作为打印设备，除了需要热敏打印头外，还必须与相应的控制板配合。由于进口原装控制板价格昂贵，功耗高，且不支持汉字打印。为此以下将详细阐述基于EFM32TG222F16 的串口微打模块方案。

系统框架

基于 EFM32TG222 的串行微打模块系统主要包括MCU、字库芯片、热敏机芯(加热控制、温度检测、滚筒检测、缺纸检测、步进电机驱动)、RS232 接口电路，共4 个部分。

系统硬件设计

1、微型打印机机芯

LT2221 打印机芯是一种小型、轻便、带有一行热敏单元的行式热敏打印机芯。它在POS终端、测量器械、医疗领域和数据通信等领域有广泛的应用。

LT2221 微型打印机机芯特性：体积小和重量轻;方便进纸;高速打印(最大打印速度：

1200 点行/秒);每毫米8 点的高清晰打印;打印纸宽58mm;简单的机械装置，打印头寿命长，高可靠性保证;备有打印头清理装置，打印头维护简单;兼容多种打印纸如：普通纸、高灵敏度保存纸、双色纸等等。

2、打印头加热电流控制电路

打印头加热控制电路根据实时的需要，由控制器I/O 口引脚来控制打印机的电源，打印时通电;不打印时断电。一般电路是由主控芯片控制STB 及VP 电源，如果主控芯片正常工作，则可以保护打印头，但如果主控芯片本身被其他因素导致损坏，就很可能烧坏打印头。

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本设计中，采用了双重保护电路，STB 信号由主控制芯片EFM32TG222 控制，对VP 的控制则采用单稳态触发器搭建独立于主控器的保护电路。这种双重保护电路大大提高了保护打印头的可靠性，起到很好的保护效果。

3、温度检测电路

LT2221 热敏打印头内置一个热敏电阻，其阻值随着温度变化而变化，温度越高电阻越小。通过A/D 转换器采集热敏电阻两端的电压，查表即可获得热敏打印头的温度，实现对热敏打印头温度的检测，进而起到对热敏头的过热保护作用。EFM32TG222 含有1 个8 通道低功耗350μA、12 位1Msps 速率的A/D 转换器，可实现高速采样，实时性非常高。

4、缺纸检测电路

打印机打印前，缺纸检测电路自动检测纸张有无，出现异常(纸尽)，打印中止，防止缺纸情况下进行打印，如果在缺纸的情况下一直打印，会导致热敏头损坏。本设计的LT2221打印头机芯内缺纸检测采用的传感器为反射式光电耦合器。打印机工作时，如果有纸，打印纸从光电耦合器的表面通过，光电耦合器中发光二极管发出的光通过打印纸反射到光敏三极管，使光敏三极管导通，PAPER_SHORT 端输出高电平信号;若无纸，光敏三极管因接收不到光而截止，PAPER_SHORT 端输出低电平信号，当控制器确认纸尽时，立刻点亮缺纸指示灯，同时停止打印。

5、滚筒打开检测电路

LT2221 打印机芯有一个滚筒位置传感开关，打印机和纸张切割器应用设计为无论什么情况下滚筒打开的时候纸张切割器的电源应该断开。打印机工作时，如果滚筒打开，COVER_OPEN 端输出高电平信号，当控制器确认滚筒打开时，立刻停止打印;若滚筒闭合，COVER_OPEN 端输出低电平信号。

6、驱动机芯步进电机

LT2221 热敏打印机芯的进纸操作由机芯内的步进电机完成。LT2221 步进电机的驱动电路原理图，原理图如下图所示。

驱动电路由 A3967 步进电机驱动芯片构成，A3967 是一种内嵌逻辑变换的完全步进电机驱动芯片。驱动电路的接口信号说明如下表所示。当电机驱动芯片的STEP 端输入信号的上升沿来临时，电机会转动一步。

7、字库芯片驱动

微型打印机采用字库芯片 GT21L24S1W 实现对字库数据的提取。GT21L24S1W 是一款内含24*24 点阵的汉字芯片，支持GB2312 国标简体汉字、ASCII 字符。排列格式为横置横排。通过字符内码，利用数据手册提供的方法计算出该字符点阵在芯片中的地址，就可从该地址连续读出字符点阵信息。字库芯片 GT21L24S1W 芯片采用SPI 串行总线接口，节省I/O 口;时钟频率最大可达30MHz，可实现快速点阵数据读取。

软件设计流程

在微型串口热敏打印机的控制中，程序按照功能不同，可以划分为以下 5 个模块：

数据接收模块：接收上位机的数据放入缓冲区。

数据处理模块：从缓冲区取数据，进行数据处理，若是命令字则转去执行相应的命令程序;若是可打印字符或汉字则从字库读取出其相应的打印点阵数据，放入打印缓冲区。

热敏打印头过热保护模块：热敏打印头温度过高时，切断打印头电源，停止打印，保护打印头。

检测模块：实时检测滚筒状态以及纸张情况，当滚筒打开或者缺纸时，都要切断电源，停止打印。

打印数据模块：完成打印数据加载、锁存，控制打印头加热以及驱动步进电机走纸。

方案优势

相对于传统的 8 位、16 位单片机实现的微型打印机方案，基于EFM32 实现的本方案具有以下优势：

超低功耗，在手持产品中优势突出;

EFM32 是全球最低功耗的32 位微控制器，它具有5 种功耗模式，在RTC 在运行，LEUART、LCD 控制器、DMA 可运行的EM2 模式下，功耗电流仅为900nA，在关断模式Em4，功耗电流仅20nA。优异的MCU 低功耗特性将为延长产品的电池寿命起到极其关键的作用。为了满足低功耗应用场合的需求，EFM32 具有完善的低功耗工作机制和极低功耗的外设，通过PRS 与DMA 的结合，串行口唤醒系统极其方便。

EFM32 具有低功耗性能优异的外设：片上12bit 的ADC 在1Msps 的速率下，功耗电流仅需350μA;模拟比较器工作仅需100nA;全功能的LEUART，在9600bps 的速率下，功耗电流仅需150nA;AES 执行128/256bit AES 加/解密仅需54/75 个时钟周期，可结合芯片唯一ID 对芯片进行软件代码加密功能。

高集成度、高性能，极快的打印处理速度;

EFM32 是Cortex-M3 内核，内核的指令效率以及代码密度比传统的8 位单片机高，尤其是在算法处理方面具有比较大的优势。EFM32 具有更快地处理、响应外设事件的能力，它的UART 接口最高速率达8Mbit/s，极强的打印数据传输能力;便捷的位带操作，在打印处理复杂数据操作、打印效果时极其有优势。除此外，EFM32 片上集成USB 接口、LCD/TFT驱动器、智能卡ISO7816 接口、IrDA 调制解调模块等资源，丰富的集成外设为不同的系统应用提供多样性的选择，例如EFM32 单芯片完成手持POS 方案、票务打印机方案等应用。

可扩展性良好;

EFM32 的TG、G、GG 系列之间具有良好的兼容性，同系列型号的芯片是pin-pin 兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash 资源从最低的4KB~1024KB，RAM 资源从2KB~128KB。

总结

EFM32 具有优异的低功耗特性，非常适合于对于低功耗有要求的微型串口打印机系统的应用。EFM32 内核采用运算控制性能突出的Cortex-M3 设计，极大地提高了打印机的打印速度和丰富了可实现的打印效果，它的UART 最高速率达8Mbit/s，为高速的打印数据传输提供了基础。EFM32 具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此，EFM32 是微型打印机系统相关应用的优先选择。