基于TP?P―40A微型打印机串行接口设计

本文在分析TP?P-40A微型打印机工作原理及其打印命令格式的基础上，介绍了TP?P-40A微型打印机串行通信方式及时序，设计了以80C51单片机为核心的微型打印机串行接口硬件电路与软件设计思路。本设计无须通过微型计算机直接打印，具有硬件电路简单、成本低、通信可靠等特点。

【关键词】TP?P-40A 微型打印机 80C51 串行接口

打印机是微型计算机系统较为常用的输出设备。在单片机应用系统中，常常需要打印各种测量数据、图形、曲线等信息，因此有必要设计打印机接口电路。常用于单片机应用系统中的打印机往往是微型打印机，微型打印机具有结构简单、体积小、成本低以及便于直接安装于智能仪器内部等特点。

1 微型打印机工作原理

1.1 基本组成及结构

微型打印机本身就是一个微型计算机系统。如图1所示，其内部结构包括：CPU、ROM、RAM、并行接口和串行接口等基本组成部分。它们的各自作用如下：

CPU：控制和协调打印机工作；

ROM：存放控制程序和字符点阵库，简称字库；

RAM：存放需要打印的信息，即所谓打印缓冲区；

并行接口和串行接口：连接主机或打印头，用于接收打印命令和需要打印的信息；

同时，还有专用的控制面板用于手工控制打印机的状态。

1.2 基本工作原理

下面以9针打印头打印字符为例，简述微型打印机的基本工作原理：当打印机通过接口接收到一个需要打印的字符（通常为ASCII码）时，CPU控制器首先在字库ROM中，查找该字符的点阵代码（字模），并存放到打印缓冲区RAM中，然后控制打印头按照从左到右的顺序，将该字符的点阵代码依次打印出来，每打印一列，打印头便向右移动一个位置。为使打印出来的字符在行与行之间和字符之间留有空隙，在9×9点阵中总要空出一些行和列不打印。这样，9×9点阵的代码就可以用8位二进制数来表示。如图2所示。

2 TP?P-40A微型打印机

TP?P-40A是一种微型点阵式打印机，内部采用单片机控制，具有2KB控制打印程序及标准的接口，便于和各种微型计算机系统或智能仪器联机使用。

2.1 技术性能

TP?P-40A的主要技术性能如下：

（1）带有开机自测功能，可通过打印其全部库存的代码字符进行自检；

（2）可打印出8×240点阵的图形、汉字、图案；

（3）可打印出全部标准的ASCII代码字符以及128个非标准字符和图符；

（4）用户可通过程序自定义16个代码字符（5×7点阵）；

（5）每行可打印40个5×7点阵字符和点阵块图；可混合打印代码字符和点阵图形，并可在宽和高的方向放大为×2、×3和×4倍；

（6）具有空字符及重复打印同一字符的命令，可减少字符串代码输入的次数；

（7）可任意更换字符行间距为0 ～ 255空点行；

（8）具有曲线打印命令，可打印沿纸长方向的曲线1～96条；

（9）可进入BASIC程序清单打印格式，使打印的BASIC程序清单语句易读；

（10）当输入命令格式出错时，将自动打印出错误信息。

2.2 命令代码及字符代码

TP?P-40A共有256个代码，00H～FFH。其中：10H～FFH为字符代码。

00H：无效；

01H～0FH：打印命令代码；

10H～1FH：用户自定义字符代码；

20H～7FH：标准ASCII字符代码；

80H～FFH：非标准ASCII字符代码，包含少量汉字、希腊字母和一些特殊的字符。

（1）命令代码：01H～0FH，单字节，TP?P-40A的控制打印命令由一个命令代码字节和若干个参数字节组成，格式如下：

CC XX0 …… XXn

其中，CC为命令代码字节：01H～0FH；XX0～XXn为n个字节参数，n=0～250。

（2）字符代码：10H～FFH，包括：用户自定义、标准ASCII及非标准ASCII字符代码。

3 TP?P-40A微型打印机串行接口设计

TP?P微型打印机的串行接口通常采用RS-232C 标准，直流单+5V供电，机内使用自带升压电路的专用RS -232C芯片进行电平转换。

3.1 接口定义

TP?P微型打印机的串行接口各引脚功能定义如表1所示。

3.2 握手方式及时序

串行接口通讯需要通讯双方的协调，称为握手协议。TP?P微型打印机与80C51单片机的串行通讯握手方式有两种：标志控制方式和XON/XOFF协议方式。

3.2.1 标志控制方式及时序

标志控制方式：由单片机的TXD端向打印机的RXD端发送串行数据，使用RXD或其他端口（如P1、P3中的任一引脚）判断打印机DTR端的标志状态：当DTR为“0”时，单片机发送数据；当DTR为“1”时，不发送数据。其中，DTR信号相于并行接口的BUSY信号，指示打印机能否接收数据。

标志控制方式的时序如图3所示。

3.2.2 XON/XOFF协议方式及时序

XON/ XOFF协议方式：由单片机的TXD端向打印机的RXD端发送串行数据，由单片机的RXD端接收来自打印机TXD端的数据，单片机根据接收到的数据判断打印机的状态：为11H时，表示单片机可以发送数据；为13H时，表示单片机不可以发送数据。其中，打印机在空闲时发送XON码（11H），在忙时则发送XOFF码（13H）。

XON/ XOFF协议方式的时序如图4所示。

3.3 硬件设计

由于80C51单片机的串行接口为TTL电平，而打印机串行接口连接器上的输入/输出信号为EIA RS-232C电平，所以，单片机需要进行TTL电平与EIA电平的转换后才能与打印机相连。常用的电平转换电路有：MC1488/1489、MC145406、MAX232等。

图5是单片机与打印机的串行接口电路，采用MAX232电平转换电路。它是一种常用的RS-232C集成电路电平转换器，既可以将RS-232C电平转换成TTL电平，也能将TTL电平转换成RS-232C电平，而且只需要单+5V电源供电，通讯距离可达15m。

若采用标志控制方式，将打印机串行口连接器的DTR、RXD接MAX232的R1IN（或R2IN）、T1OUT（或T2OUT），单片机的RXD（或P1、P3口的任一脚）、TXD接MAX232的R1OUT（或R2OUT），T1IN（T2IN）；若采用协议方式，则把打印机串行口连接器上的TXD接MAX232的R1IN（或R2IN），其余引脚接法同标志控制方式。

3.4 软件设计

编程实现：TP?P-40A微型打印机打印40个字符“*”。要求：串行通讯采用标志控制方式，无校验，波特率为1200bps，时钟频率为11.0592MHz。

分析可知：

（1）单片机采用串行通讯工作模式1，定时器T1工作方式2，计数初值为0E8H；

（2）40个字符“*”的打印代码为：0EH、2AH、28H，结束命令代码为0DH。其中，“0EH”为重复打印命令代码；“2AH”为字符“*”ASCⅡ码；“28H”为重复打印次数。

程序流程框图如图6所示。

4 结束语

智能仪器的设计是一个综合复杂的单片机应用系统，微型打印机串行接口设计只是其中的一个部分，应根据应用系统的实际使用情况来进行设计。实践证明，基于tp?P-40a微型打印机串行接口设计可以为单片机节省大量的I/O口资源，尤其是针对低成本、性价比高、I/O口资源宝贵的51系列单片机。

参考文献

[1]楼然苗，李光飞著.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[2]李华著. MSC-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[3]李现勇著.Visual C++串口通信技术与工程实践（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2004.

作者简介

黄从贵（1977-），男，安徽省桐城市人。现为无锡职业技术学院讲师。主要研究方向为电子信息、自动控制等。

作者单位

无锡职业技术学院 江苏省无锡市 214121