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1、USB针式穿孔打印机基于LPC1700姓 名： 专 业： 毕 业 院 校： 所 属 部 门： 指导工程师： 提 交 时 间： 2009 年 4 月 28 日学位论文 摘 要关键词：ABSTRACTKey words：i目 录第1章 绪论11.1项目研究的背景和意义11.2国内外研究现状与发展趋势11.3系统功能指标1第2章 系统设计理论基础22.1微型打印机22.1.1热敏打印机22.1.2激光打印机22.1.3针式打印机22.2USB总线概述32.2.1USB的开发目的32.2.2USB设计特色32.2.3USB系统构成42.2.4USB的包结构42.2.5USB的描述符及其之间的关系52.
2、2.6USB的传输类型62.3LPC1700系列微处理器6第3章 总体方案设计73.1总体方案设计73.2TFT液晶屏7第4章 系统硬件设计84.1核心板工作外围器件84.1.1复位电路84.1.2时钟电路84.1.3JTAG接口电路94.2电源电路设计104.2.1系统用电分析104.2.2电源电路选型104.3USB接口电路设计104.4打印机芯电路设计104.4.1主位置检测104.4.2缺纸检测104.4.3黑标检测104.4.4托架步进电机驱动104.4.5走纸步进电机驱动104.4.6打印头保护与驱动电路104.5TFT液晶显示电路设计104.6字库芯片电路设计10第5章 系统软件
3、设计115.1上位机软件设计115.2USB通信协议115.2.1USB枚举过程115.2.2ZLG/USB Device软件包125.3打印机ESC/POS协议命令135.4打印机芯底层驱动135.5TFT液晶显示135.6字库芯片13第6章 系统调试与结果分析146.1软件调试146.2硬件调试14第7章 设计总结15参考文献16附录A171第1章 绪论1.1 项目研究的背景和意义嵌入式系统是当今IT界最热门的概念之一，随着ARM技术的不断推广，现在人们的日常生活中，早已存在许许多多嵌入式系统的应用，如天天必用的手机以及现在流行的个人数字助理(PDA)、数码相机等等。可以说嵌入式系统现在已
4、经广泛应用于军事、工业、商业、医疗、个人家庭等的方方面面。随着打印技术的不断发展，打印机与我们日常生活的联系越来越来密切。微型打印机，作为打印机中重要的一员，它因体积小、操作电压低等特点，在我们的日常生活中得到广泛的利用。近年来，喷墨打印机和激光打印机迅速发展，而打印机产品线中“资格”最老的针式打印机渐渐淡出了用户的视野。实际上，由于工作原理的特殊性，目前只有针式打印机才能够进行多层票据的复写打印，并且打印的票据可用于长久保存。也正因如此，针式打印机在金融、税务、电信、商务等行业中占据了很大的市场份额。可以说，针式打印机在成熟应用的过程中不断找到了新的增长点，并不断在推动着市场的发展。本毕业设
5、计提供一款以USB接口为数据传输通道的针式打印机。该打印机不仅能通过USB接口快速与PC机进行通信，实现上位机所需信息的打印功能，同时亦能在液晶屏上实时显示打印状态。良好的人机交互界面使用户操作起来更简单，实用。1.2 国内外研究现状与发展趋势1.3 系统功能指标第2章 系统设计理论基础2.1 微型打印机微型打印机是计算机系统当中十分重要的设备之一。作为计算机的输出，它将文字和图片等信息转化为各种纸制文档，因此在人们日常生活当中不可缺少。打印机种类繁多，从工作方式可以分为：针式打印机、热敏打印机、激光打印机和其他特种打印机。2.1.1 热敏打印机热敏打印机是比较常见的一种打印机，它的工作关键部
6、分在于热敏元件。热敏元件是打印机机芯上的一排微小的发热电阻，这些元件排列的很紧密，当热敏元件通过一定的电流时会产生高温，而热敏介质在高温下则会发生化学反应并改变颜色，因此在打印纸上显示出需要的信息。热敏打印机具有体积小、打印速度快、噪音低、打印清晰，使用方便等优点。但它也存在缺点，因为其使用的是热敏纸，所以不能无限期保存，一般只能保存一年到五年。2.1.2 激光打印机激光打印是一种新型打印方式，以其使用起来快速、方便，精度高的特点广泛运用在各种台式打印机当中。它相对于传统的打印机区别在于：激光打印机逐页扫描，一次就能实现整张纸的打印，不需要像传统打印方式那样来回移动打印头，因此其打印速度上具有
7、相当大的优势，适合打印数量大，任务重的场合，如大型商务机构，设计、印刷领域等等。但是激光打印机也有其缺点就是打印硒鼓很容易损害，需要经常更换，因此该种打印机容易造成资源的浪费，不易实现环保。同时，激光打印机体积、重量较大，价钱也相对的高，在很多实际打印数量，速度要求并不高的场合，并不是很适用。2.1.3 针式打印机针式打印机是通过打印头的伸缩冲击色带实现打印效果的，其缺点在于噪声较高、分辨率较低、打印针易损坏，但近年来由于技术的发展，较大地提高了针式打印机的打印速度、降低了打印噪声，改善了打印品质，并使针式打印机向着专用化、专业化方向发展。目前的针式打印机在性能方面有了很大的提高。就易用性来说
8、，经常需要面对厚度不同、输出方式各异的打印材料以及各种不同的使用环境。而针式打印机以其结构简单、结实、操作方便，适合在长期负荷的恶劣环境，公共场所等对字迹不十分苛求的场合中使用。表 2.1 不同打印机性能比较类型优点缺点适用环境针式打印机机械结构简单，操作方便，打印字迹保存时间长，价格便宜，环保性好速度慢，噪声大，分辨率低，要更换色带可在恶劣的环境条件下工作，对字迹要求不十分苛刻 热敏打印机体积小、打印速度快、噪音低、打印清晰，使用方便打印字迹保存时间较短，控制不当极易烧坏打印头如银行自助终端设备等少量汉字图像打印设备激光打印机精度高，速度快，噪声低，打印信息量大，效率高价格昂贵，体积大，打印
9、硒鼓易坏，不利于环保批量打印，印刷领域基于以上各式打印机的比较分析，由于本设计对打印信息量及速度没有很高的要求，因此准备采用9阵针式打印机，实现简单字符，图形的基本打印功能。2.2 USB总线概述2.2.1 USB的开发目的通用串行总线的开发目的主要基于以下三点考虑：(一)计算机与电话之间的连接：显然用计算机来进行计算机通信将是下一代计算机基本的应用。机器和人们的数据交互流动需要一个广泛而又便宜的连通网络。然而，由于目前产业间的相互独立发展,尚未建立统一标准,而USB则可以广泛的连接计算机和电话。(二)易用性：众所周知,PC机的改装是极不灵活的。对用户友好的图形化接口和一些软硬件机制的结合，加
10、上新一代总线结构使得计算机的冲突大量减少，且易于改装。但以终端用户的眼光来看，PC机的输入/输出，如串行/并行端口、键盘、鼠标、操纵杆接口等，均还没有达到即插即用的特性，USB正是在这种情况下问世的。(三)端口扩充：外围设备的添加总是被相当有限的端口数目限制着。缺少一个双向、价廉、与外设连接的中低速的总线，限制了外围设备(诸如电话/电传/调制解调器的适配器、扫描仪、键盘、PDA)的开发。现有的连接只可对极少设备进行优化，对于PC机的新的功能部件的添加需定义一个新的接口来满足上述需要，USB就应运而生。它是快速、双向、同步、动态连接且价格低廉的串行接口，可以满足PC机发展的现在和未来的需要。2.
11、2.2 USB设计特色USB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系统和部件及相应不同的功能，其主要特色可归结为以下几点：(1) 终端用户的易用性：l 为接缆和连接头提供了单一模型；l 电气特性与用户无关；l 自我检测外设，自动地进行设备驱动、设置；l 动态连接，动态重置的外设。(2) 广泛的应用性：l 适应不同设备，传输速率从几千比特率到几十兆比特率；l 在同一线上支持同步、异步两种传输模式；l 支持对多个设备的同时操作；l 可同时操作127个物理设备；l 在主机和设备之间可以传输多个数据和信息流；l 支持多功能的设备；l 利用低层协议，提高了总线利用率。(3) 同步传
12、输带宽：l 确定的带宽和低延迟适合电话系统和音频的应用；l 同步工作可以利用整个总线带宽。(4) 灵活性：l 直接一系列大小的数据包，允许对设备缓冲器大小的选择；l 通过指定数据缓冲区大小和执行时间，支持各种数据传输率；l 通过协议对数据流进行缓冲处理。(5) 健壮性：l 出错处理/差错恢复机制在协议中使用；l 对用户感觉而言，热插拔是完全实时的；l 可以对有缺陷设备进行认定。(6) 与PC产业的一致性：l 协议的易实现性和完整性；l 与PC机的即插即用的体系结构的一致；l 对现存操作系统接口的良好衔接。(7) 价廉物美：l 以低廉的价格提供1.5兆比特率的子通道设施；l 将外设和主机硬件进行
13、了最优化的集成；l 促进了低价格的外设的发展；l 廉价的电缆和连接头；l 运用了商业技术。(8) 升级路径：l 体系结构的可升级性支持了在一个系统中可以有多个USB主机控制器。2.2.3 USB系统构成USB总线由以下4个主要部分组成：l 主机与设备：这是USB系统中的主要构件；l 物理构成：这是指USB元件的连接方法；l 逻辑构成：不同的USB元件所担当的角色和责任，以及主从机和设备的角度出发USB总线所呈现的结构；l 客户软件与设备功能接口的关系。主机的每一个层次分别对应设备的相应层次，通过逻辑通道连接起来，客户软件通过逻辑连接可以直接控制设备的接口模块。这种连接使软件控制与接口一一对应，
14、用户使用起来可以更加简单、快捷。2.2.4 USB的包结构USB总线上传输数据是以包为基本单位的。一个包被分成不用的域。根据不同类型的包，所包含的域是不一样的，但是不同的包有个共同的特点。它都要以同步域开始，紧跟着一个包标识符PID(Packet Identifier)，最终以包结束符EOP（End Of Packet）来结束这个包。所有的包都从同步域（SYNC）开始的，同步域是产生最大的边缘转换密度（Edge TransitionDensity）的编码序列。同步域作为空闲状态出现在总线上，后面跟着以NRZI编码的二进制串“KJKJKJKK”。通过被定义为8位长的二进制串，输入电路以本地时钟对齐输入数据。同步域是用于同步的机制，同步域里的最后的2位是同步域结束的记号，并且标志了包标识符（PID，Packet Identifer）的开始。所有USB包的同步字段后都紧跟着包标识符（PID）。如图 2.1所示，包标识符由4位的包类型字段和其后的4位的校验字段构成。包标识符指出
