【文章內(nèi)容簡介】 2單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機接收到數(shù)據(jù)后做出相應(yīng)的處理并通過控制電路控制打印機走紙打印數(shù)據(jù)。 具體的設(shè)計可分為這幾個部分：上位機編寫、電源電路、控制電路、單片機最小系統(tǒng)板。 上位機編寫軟件選擇對于上位機的編寫現(xiàn)在流行的主要有四種：LabView；Visual Studio；VC++；Delphi。對于LabView，它是圖形化的編程語言，擺脫了傳統(tǒng)文語言需要一行一行寫代碼的苦惱。可以快速的編寫測試測量程序用于驗證項目的可行性。并且其是先天的并行語言，有一定的優(yōu)勢。但其也有一些不足的地方。LabView修改程序比較麻煩，一旦要改，改動的地方就非常大。并不如文本語言那么方便。LabView的主要應(yīng)用領(lǐng)域是在測試測量，而對于其它一些地方，不是很擅長，如做華麗的UI。如果用于測試測量，那么首選LabView，如果涉及到諸如網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件等，文本語言還是有優(yōu)勢的。考慮到在平時的學(xué)習(xí)中若編寫上位機的話一直使用LabView，沒有接觸過其它的軟件，但用VB無疑是最快速最簡便的，實現(xiàn)的功能也足夠強大，足以滿足我們的基本需要，所以最終采用Visual Basic來編寫上位機。 主控芯片選擇對于主控芯片，現(xiàn)在市面上對微型熱敏打印機的控制芯片大概有以下幾種：1）51系列單片機這種控制芯片最簡單，也最便宜，但是功能太單一，主頻有上限，在低速情況下，要求不是很復(fù)雜的情況下可以考慮，而且成本相對于其它的來說是最低的。2）ARMARM控制這種打印機具有相當大的優(yōu)勢，內(nèi)部具體十分豐富的資源，可以應(yīng)用在要求很高的環(huán)境下，并且可以使用操作系統(tǒng)來進行控制，使其更加科學(xué)，有效。3）Cortex M3系列單片機速度可達72MHz，外圍器件簡單，成本低廉。Cortex M3相對于2這兩方式來說處于中間狀態(tài)，內(nèi)部資源及成本均介于兩者之間，同時在軟件資源上有很多開源的庫，程序編寫會很方便，個人也認為比較符合此次課題的要求。 本章小結(jié)實物圖放在后面的章節(jié)，本章是系統(tǒng)總體設(shè)計，用框圖的形式表述就可以了。整個系統(tǒng)最終實物如下圖所示：通過對STM32F103芯片及熱敏打印機原理等背景知識的介紹，讓我們大致對本次課題涉及的主要方面有了大概的了解。同時對后續(xù)開發(fā)也有一定的幫助。在總體方案設(shè)計中先是對上位機軟件進行了選擇，并對市面上常見的軟件進行了簡要的介紹，同時也給出了本次課題所采用的方案。本章在整個系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)上進行了闡述，并按功能進行劃分，逐塊設(shè)計，給出各個模塊所用的方案及具體器件，并最終給出了總體設(shè)計方案。圖28 實物圖第三章 硬件單元設(shè)計 最小系統(tǒng)板的設(shè)計 最小系統(tǒng)板開發(fā)軟件介紹最小系統(tǒng)板采用Altium Designer Winter 09來設(shè)計開發(fā)，這是一款優(yōu)秀的軟件，Altium Designer Winter 09 提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。Altium Designer Winter 09 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設(shè)計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設(shè)計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能,使得Altium Designer Winter 09成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案－一個既滿足當前，也滿足未來開發(fā)需求的解決方案。其主要特性如下：l 三維PCB可視引擎性能大提升以前版本里已經(jīng)提供的Altium三維PCB可視設(shè)計環(huán)境可以讓工程師在設(shè)計的同時實時觀看PCB設(shè)計的三維外觀。通過可視環(huán)境，工程師可以直接將機械CAD信息反應(yīng)在PCB設(shè)計上，幫助在元件的放置和距離上做出最優(yōu)選擇。 　　Winter 09版本優(yōu)化了內(nèi)存并將三維PCB可視化系統(tǒng)的速度提升至最高達7倍之多。 　　其他方面性能的提升還包括：二維制圖－速度提升3倍；二維透視－性能提升11倍；高亮和對比度調(diào)試－性能提升9倍，三維旋轉(zhuǎn)－性能提升5倍。 　　Winter 09版本還提供了一系列目前已有的顯卡的性能對比供用戶參考，更好地保護用戶的投資，為軟件的投入提供最大的回報。這使設(shè)計人員能夠更好地利用現(xiàn)有的計算硬件。優(yōu)化三維PCB圖形引擎至關(guān)重要，由此可以極大的提高整個軟件的性能，并降低對硬件的要求，使得系統(tǒng)的反應(yīng)速度更快，把圖形延遲對設(shè)計造成的影響變得最小。l 增強PCB建模功能Altium在最新的版本里擴充了其實時三維PCB設(shè)計功能。最新的版本支持三維建模的紋理映射，使設(shè)計師能過對設(shè)計板和元件進行表面處理。 　　Altium提供增強的過孔功能，并允許在不同信號層上使用不同尺寸的焊盤。過孔的疊加可以支持更高的跟蹤密度。工程師還可以通過元件焊盤來實現(xiàn)過孔的偏移。 　　所有上述的增強型功能都提高了PCB設(shè)計的精確性，并為設(shè)計板布線和可視化提供了新的設(shè)計思路。l 新的交互式布線功能Altium同時將其5月推出的交互式布線功能推向一個新的層次。新的布線引擎對差分對信號和總線的布線（多重布線，和追蹤）進行了增強。新的布線引擎支持對當前路徑物件的繞過，對現(xiàn)有布線進行環(huán)繞并生成新的路徑，對路徑物件（包括過孔）的推擠，和對布線路徑的智能完成。新的引擎同時也保證了布線的速度和流暢性。這樣，工程師可以在交互式布線的同時實現(xiàn)差分對和單閉端的管腳交換。這在FPGA器件設(shè)計的時候十分有用，因為在很多時候管腳會發(fā)生某種特殊的信號。Altium同時還通過交互式的布線引擎來自動解決布線中遇到障礙需要改變各種路徑的各種情況。l 設(shè)計新概念　　 Altium還新推出一項技術(shù)用于幫助工程師更好的管理從設(shè)計到制造的流程。當工程師準備將設(shè)計付諸實際生產(chǎn)時，通常會為制造環(huán)節(jié)的不同人群提供大量各類文件。通常信息主要來源于：原理圖，PCB文件，原料清單，元件數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA和軟件的源碼及目標文件，以及設(shè)計流程報告等。對于同樣的文件，有些使用者需要打印，而有些則只需要相應(yīng)的PDF文檔。所以生成正確的文件是一項費時費力的工作，而且隨時都有沒有及時更新或者發(fā)生錯誤的可能，這在時間和成本方面都有可能代價高昂。Altium Designer 的這一新版本增強了對所有設(shè)計文件的版本控制。Altium采用新的技術(shù)在設(shè)計環(huán)境中創(chuàng)建并跟蹤文件的更新記錄。通過集中管理輸出文件的定義和產(chǎn)生過程，整個輸出的流程更簡單順暢了。所有的文件都可以輕易生成為各種形式，大部分是智能PDF和在線的格式。該功能和三維的PCB設(shè)計環(huán)境相鏈接，工程師可以借此在生成生產(chǎn)文件之前很直觀地檢測他們的設(shè)計，避免不必要的錯誤。新的設(shè)計發(fā)布管理功能的向?qū)浇缑婵梢怨芾碓O(shè)計發(fā)布的整個流程，并可以使之向設(shè)計團隊之外的相關(guān)人員開放。通過中央控制面板可以生成各類輸出文件，并發(fā)送到相關(guān)人員。設(shè)計發(fā)布管理功能還可以對設(shè)計進行“快照”，便于設(shè)計師進行收回，修改和重新發(fā)布，并對所有相對應(yīng)支持文件進行正確性的檢查。該功能可實現(xiàn)設(shè)計的多次發(fā)布，并提供完整的發(fā)布歷史以供追溯。在PCB布線階段，Altium Designer新版本加入了針對制造的設(shè)計規(guī)則以盡量避免在生產(chǎn)階段可能會出現(xiàn)問題。工程師得以在設(shè)計階段就可以實時進行一系列問題的檢查，避免了后期不必要的返工，可以更快速的把產(chǎn)品推向市場。l 應(yīng)用控制面板Altium在新版本里推出了應(yīng)用控制面板，以幫助解決FPGA設(shè)計中的一些問題，并可以遠程的監(jiān)測可編程器件內(nèi)部的設(shè)計。Altium的LiveDesign原理讓工程師可以把FPGA的設(shè)計視為整個設(shè)計中一部分。新工具可以讓工程師更好的模擬和探索可編程器件內(nèi)部的設(shè)計。應(yīng)用控制面板不需要Altium Designer的完全許可證就可以下載并安裝，并使面板和FPGA設(shè)計進行交互，使用戶能夠調(diào)試或者甚至在產(chǎn)品發(fā)布以后增加新的功能。l 即插即用軟件平臺搭建器Altium還在Altium Designer新版本中提出了即插即用的軟件平臺搭建器的概念。通過Altium NanoBoard可重構(gòu)硬件平臺，工程師可以很容易地“整合”出硬件平臺上所需的軟件服務(wù)。這包括了電子設(shè)計中常見的設(shè)計元素：例如外設(shè)，通信模塊，和支持正常工作所需要的各種驅(qū)動規(guī)則（由NanoBoard提供）。這樣，基本但是必要的軟件模塊設(shè)計被簡化成拖放預(yù)先配置軟件模塊到設(shè)計中，工程師得到了解放，能夠真正地專注于核心的產(chǎn)品智能設(shè)計。軟件平臺搭建器提供一系列的驅(qū)動和軟件規(guī)則來支持通過NanoBoard設(shè)計平臺運行的外設(shè)。 最小系統(tǒng)板硬件設(shè)計最小系統(tǒng)板主芯片為STM32F103VCT6，主要由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、JATAG接口及引腳等幾部分組成。（1） 時鐘電路時鐘是STM32單片機的脈搏，是單片機的驅(qū)動源。使用任何一個外設(shè)都必須打開相應(yīng)的時鐘。這樣的好處就是，如果不使用一個外設(shè)的時候，就把它的時鐘關(guān)掉，從而可以降低系統(tǒng)的功耗，達到節(jié)能，實現(xiàn)低功耗的效果。STM32單片機的時鐘可以由以下3個時鐘源提供：HSI:高速內(nèi)部時鐘信號STM32單片機內(nèi)帶的時鐘 (8M頻率), 精度較差HSE:高速外部時鐘信號，精度高，來源：i. HSE外部晶體/陶瓷諧振器(晶振)；ii. HSE用戶外部時鐘LSE:低速外部晶體：，主要提供一個精確的時鐘，一般作為RTC時鐘使用。STM32單片機的將時鐘信號(例如HSE)經(jīng)過分頻或倍頻(PLL)后,得到系統(tǒng)時鐘，系統(tǒng)時鐘經(jīng)過分頻，產(chǎn)生外設(shè)所使用的時鐘。圖31 時鐘電路（2） 電源電路VDD＝~：VDD管腳為I/O管腳和內(nèi)部調(diào)壓器的供電。VSSA，VDDA＝~：為ADC、復(fù)位模塊、RC振蕩器和PLL的模擬部分提供供電。使用ADC時。VDDA和VSSA必須分別連接到VDD和VSS。VBAT＝~：當關(guān)閉VDD時，（通過內(nèi)部電源切換器）為RTC、。 （National Semiconductor Corporation）(LDO)穩(wěn)壓器，它的輸人電壓典型值為5V。圖32 電源電路（3） 復(fù)位電路本次設(shè)計采用的是簡單的“RC＋按鍵”復(fù)位形式，復(fù)位電路的連接示意圖如圖33所示，該復(fù)位電路可以實現(xiàn)上電自動復(fù)位功能和手動按鍵復(fù)位功能。圖33 復(fù)位電路這里存在一個問題：當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，電源突然有一個較短時間的大幅度抖動，例如在保持了1ms的低電平，此時外部系統(tǒng)（芯片之外的其他系統(tǒng)或工作可能由于這次抖動工作都不正常了或者說工作不協(xié)同了）已經(jīng)紊亂了，但是有可能該復(fù)位電路中電容里的電荷還沒有放干凈盡（在短暫的1ms內(nèi)無法放干凈，可能需要更多的時間），無法使得芯片復(fù)位腳變成低電平，沒能對系統(tǒng)進行復(fù)位，這種情況比較容易發(fā)生在電源合閘瞬間（機械接觸存在抖動）。為了解決此問題，圖33所示的復(fù)位電路增加了二極管，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位（提示：二極管可以導(dǎo)通使得電容盡快放電）。JATAG接口及引腳電路比較簡單，這里便不再敘述了。最終的最小系統(tǒng)原理圖如下圖所示：圖34 最小系統(tǒng)板原理圖最小系統(tǒng)PCB 3D模型如下：圖35 最小系統(tǒng)板PCB模型 電源模塊的設(shè)計電源模塊主要給控制電路和最小系統(tǒng)板供電，考慮到電流比較?。ㄐ∮?A），于是采用LDO來供電，電源芯片選取常用的LM2940CT5，主要參數(shù)如下：表31 LM2940主要參數(shù)輸入電壓26V最大值溫度范圍0176。C ≤ T ≤ 125176。C輸出電壓 ≤ Vin ≤ 輸出電流1A最大值短路電流具體電路如圖36所示：圖36 5V電源此外對于線性穩(wěn)壓芯片，最好在各個電解電容兩端并聯(lián)一些陶瓷電容，以消除高頻噪聲，除此以外，對于LM2940這款芯片最好用鉭電容，因為鋁電解電容的串聯(lián)等效電阻很大，不適合嚴格環(huán)境下的使用。在實際使用中電流在800mA左右芯片的發(fā)熱量便很大，為了保證芯片穩(wěn)定工作便加一塊散熱片，注意散熱片的固定螺絲最好使用尼龍螺絲，因為芯片的螺絲孔一般都是接地的，金屬螺絲會引起不必要的短路。此外在接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂也很必要，實際使用表明采取這些措施以后芯片溫度明顯下降。 控制電路的設(shè)計控制電路主要由MAX232芯片和跳線帽構(gòu)成，由于現(xiàn)在電腦主板一般不自帶串口，所以必須自行設(shè)計一套電平轉(zhuǎn)換電路，在眾多方案中，采用MAX232芯片是比較通用的做法，同時考慮到測試過程中可能更改連接，便增加了跳線帽。該產(chǎn)品是由美信公司（MAXIM）推出的一款兼容RS232 標準的芯片。由于電腦串口rs232 電平是10v~ +10v，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是TTL 電平0 ~+5v，max232 就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的。該器件包含2 驅(qū)動器、2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F 電平。該器件符合TIA/EIA232F 標準，每一個接收器將TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F 電平。主要特點：單5V 電源工作LinBiCMOSTM 工藝技術(shù)兩個驅(qū)動器及兩個接收器177。30V 輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI 標準EIA/TIA232E 及ITU ESD 保護大于MILSTD883（方法3015）標準的2000Vi、TTL電平標準輸出 L： ； H：。輸入 L： ； H：。輸入。于是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有()/2=，高電平的噪聲容限為()/2=。ii、CMOS電平標準輸出 L： *Vcc ； H：*Vcc。輸入 L： *Vcc ； H：*Vcc.由于CMOS電源采用12V，。比TTL有更高的噪聲容限。圖37 MAX232電路圖 本章小結(jié)本章主要圍繞各個硬件模塊設(shè)計展開，同時也穿插一些背景知識的介紹，如電子電路的相關(guān)術(shù)語、芯片原理、常用開發(fā)軟件等。在各個模塊的設(shè)計中均給出了原理圖以及主