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本文在分析TPP-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TPP-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 】TPP-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.
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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.TPP-40A微型打印机
TPP-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
TPP-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
TPP-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,TPP-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 等 XXn
其中,CC为命令代码字节：01H～0FH；XX0～XXn为n个字节参数,n等于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.TPP-40A微型打印机串行接口设计
TPP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
TPP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.TPP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：TPP-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
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