１ 引言
自从20世纪70年代问世以后，单片机作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已对很多领域产生了重大影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在我国已经得到广泛使用，并已经在各个技术领域得到了迅猛发展。
随着普通打印机价格的下降，它们在单片机系统的应用也逐渐增多。微型打印机是一种通过单片机控制编程，可以自动完成一定打印任务作业的机械装置。微型打印机具有多功能超小体积、可电池供电和便于随身携带的特点。例如GP系列和μP系列打印机都是点阵式打印机，因为打印机内部有一个单片机系统，并固化有控打程序，智能化程度很高。打印机启动后，由内部单片机执行程序，就可以接受和分析主机送来的数据和命令，然后通过控制电路，实现对打印头机械动作的控制，进行打印。微型打印机可广泛使用在超市、便利店、餐饮服务、商场打印票据等，可满足不同使用人员的要求。
本设计可以实现打印预先设定的汉字和0～9十个数字，可以应用在食堂、超市等地，用来打印小票并可以其显示相关信息。因此微型打印机以其小型化、多功能等特点广泛应用在生产、销售等领域，为人们带来了极大的方便。
2 设计要求
（1） 支持多种打印命令，命令代码均为单字节，格式简单。
（2） 可输出标准的数字、在程序中所设定的汉字和英文字符。
（3） 要求简单实用、有高可靠性、良好的性能价格比以及体积小，方便携带。
3 系统组成
本设计由微型打印机、单片机、键盘、液晶显示器和电源模块等五部分组成，系统框图如图3-1所示。其中单片机部分的作用是控制微型打印机、键盘和液晶显示器；键盘用来输入要打印的信息；显示器用来显示所打印的内容；电源模块则为整个电路提供电源。
4 硬件部分设计
4.1 打印机部分
打印机是一种复杂而精密的机械电子装置，无论哪种打印机，其结构基本上都可分为机械装置和控制电路两部分，这两部分是密切相关的。机械装置包括打印头、字车机构、走纸机构、色带传动机构、墨水（墨粉）供给机构以及硒鼓传动机构等等，它们都是打印机系统的执行机构，由控制电路统一协调和控制；而打印机的控制电路则包括CPU主控电路，驱动电路，输入输出接口电路及检测电路等。
下面介绍打印机一般原理：打印机是小型机电一体化系统。机械部分为执行机构，在机内CPU及驱动电路控制下完成“数据”打印。打印机的一般构成及工作原理如下图4-1所示：
虽然打印机的外观千变万化，打印出来的图形，色彩也各不相同，但从原理上，我们可将常用的打印机分为三种类型：针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。下面重点介绍一下针式打印机的结构和工作原理。
4.1.1 针式打印机
（1） 针式打印机的工作原理
主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路，在控制程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印；一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行；上述过程反复进行，直到打印完毕。
（2） 针式打印机的结构
针式打印机关键在于其打印头的结构。打印头的结构比较复杂，可分为打印针，驱动线圈，定位器，激励盘等。简单的说，打印头的工作过程是这样的：当打印头从驱动电路获得一个电流脉冲时，电磁铁的驱动线圈就产生磁场吸引打印针衔铁，带动打印针击打色带，在打印纸上打出一个点的图形。因其直接执行打印功能的是打印针，所以这类打印机被称为针式打印机。
针式打印机的种类繁多，型式各异，一般分为打印机械装置和控制与驱动电路两大部分。针式打印机在正常工作时有三种运动，即打印头的横向运动、打印纸的纵向运动和打印针的击针运动。这些运动都是由软件控制驱动系统通过一些精密机械进行的。
打印机械装置主要包括字车与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构，走纸机构和打印机状态传感器，这些机构都为精密机械装置，以保证各种机构能实现下面的各种运动。
① 字车与传动机构 字车是打印头的载体，打印头通过字车传动系统实现横向左、右移动，再由打印针撞击色带而印字。字车的动力源一般都用步进电动机，通过传动装置将步进电动机的转动变为字车的横向移动。一般用钢丝绳或同步齿形带进行传动。
② 打印针控制机构 打印针是正确打印的关键。打印针控制机构实现打印针的出针和收针动作。通常利用电磁原理控制打印针的动作。
③ 色带驱动机构 打印针撞击色带，色带上的印油在打印纸上印出字符或图形。在打印过程中，打印头左、右移动时，色带驱动机构驱动色带也同时循环往复转动，不断改变色带被打印针撞击的部位，保证色带均匀磨损，从而既延长了色带的使用寿命，又保证了打印出的字符或图形颜色均匀。 色带驱动机构一般利用字车电动机带动同步齿形带(如LQ-1600K)或钢(尼龙)丝绳驱动色带铀转动，也可采用两个单独的电动机(如某些彩色打印机)分别带动色带正、反向走带。
④ 走纸机构 该机构实现打印纸的纵向移动。当打印完一行后，由它走纸换行。走纸方式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其动力方式为通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动。
⑤ 打印机状态传感器 对于不同的打印机来说，传感器的设置情况不同。通常有原始位置传感器(检测字车是否停在左边原始位置上)、纸尽传感器(检测所装的打印纸是否用完，用完则报警)、计时传感器(检测字车的瞬时位置)和机盖状态传感器(检测正在打印中的异常开打印机盖操作)等等。
（3） 针式打印机的特点
针式打印机由于采用的是机械击打式的打印头，因此穿透力很强，能打印多层复写纸，具备拷贝功能，另外还能打印不限长度的连续纸。使用的耗材是色带，在三种打印机中是最廉价的一种。其缺点就是体积、重量都较大，打印噪音大，精度低，速度慢，一般无打印彩色图像功能。适合有专门要求的专业应用场合，例如财务、税务、金融机构等等。常见的机型有EPSON的LQ系列，如LQ－680K；STAR的AR、CR系列，如AR－6400等。
4.1.2 喷墨打印机和激光打印机
（1） 喷墨打印机
喷墨打印机的工作原理基本与针式打印机相同，这两者的本质区别就在于打印头的结构。喷墨打印机的打印头，是由成百上千个直径极其微小（约几微米）的墨水通道组成。当打印头的控制电路接收到驱动信号后，即驱动这些执行单元产生振动，将通道内的墨水挤压喷出；或产生高温，加热通道内的墨水，产生气泡，将墨水喷出喷孔；喷出的墨水到达打印纸，即产生图形。这就是压电式和气泡式喷墨打印头的基本原理。
喷墨打印机打印精度高，通常都能打印彩色图像，而且体积及重量都可以做的非常小巧，甚至能随身携带打印，打印时的噪音也很小。因此喷墨打印机的使用成本很高。同时，也不具备拷贝和打连续纸功能。适合对打印质量要求高但数量较小的场合，如家庭，小型办公室等等。常见的机型有EPSON的STYLUS PHOTO系列，如STYLUS PHOTO 900；CANON的i系列，如i6500、i355等。
（2） 激光打印机
激光打印机与针式、喷墨打印机的一个本质的区别在于：激光打印机打印一次成像一整页，是逐页打印；而针式和喷墨打印机都是打印头一次来回打印一行，是逐行打印。因此，相同打印要求下，激光打印机的打印速度要比针式打印机和喷墨打印机要快，这也是激光打印机的一个优势所在。激光打印机的打印精度也很高，基本上与喷墨打印机无太大区别。能打印彩色图像，且对打印介质的要求没有喷墨打印机那么高。打印的速度是三种打印机中最快的，而且噪音也很小。但体积和重量相对喷墨打印机要大。只能逐页打印，无拷贝和打印连续纸功能。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。常见的机型有惠普HP的LaserJet系列，如LaserJet1010，Color LaserJet 8550等。
4.1.3 微型打印机
微型打印机，简称微打，是针对通用打印机而言的，具有处理票据较窄、整机体积较小、操作电压较低的特点。它是广大打印机家族中一个细小而特别的种类，在通常的IT刊物、杂志及各类市场调查报告中，微型打印机均鲜有提及，甚至被忽略不记。以致一般的人虽然在生活中经常见到，然而对其缺乏必要的认识和了解。但作为特种打印机系列一个重要的组成部分，微打的市场需求日渐扩大，应用也越来越广泛，越来越多的通用打印机厂商也开始涉及微打领域。
（1） 微型打印机的分类
微型打印机具有体积小巧、价格低廉、功能多样的特点，所以在越来越多的领域得到了广泛的应用。下面按不同的方式对微型打印机进行分类：
① 按打印原理分：针式（细分为字轮式、梭式点阵式、9针点阵式、24针点阵式）、热敏式（细分为列式热敏式、行式热敏式）、喷墨式、热转印、激光式（后面两种打印方式的微型机较少）。
② 按应用分：由于微型打印机在各行业应用十分广泛，所以分成在金融零售业的ECR（高效消费者响应）、POS、交通运输业上的打票机、服务行业的排队机等。
③ 按通信方式分：有线通信（串口、并口、USB或网口）、无线通信（运用IrDA和Bluetooth技术）。
（2）针式微型打印机与热敏微型打印机的比较
①基本工作原理
针式微型打印机至少由以下基本关键部件组成：打印机芯、打印控制器、电源和外壳，而打印机芯又由打印头和字车电机运动机构、走纸电机运动机构以及各种传感器等组成。
针式微打是通过控制打印头运动和走纸运动，并控制打印头出针击打色带和打印纸，把色带上相应点的墨汁印在打印纸上，从而在纸上打出所需的信息。直热行式热敏微打，其热敏头由一排紧密均匀排列的特殊材料的可加热电阻组成，每个单元电阻对应一个点，控制其不同点的通电即可对相应的点加热，而与其紧密接触的带热敏涂层的热敏纸受热就可以印出相应的点信息，再同时通过走纸的控制，就可以打印出各种信息。另一种热敏微打——热转印微打，其工作原理与直热式热敏机基本相同，不同之处在于：热转印微打通过加热带热敏涂层的碳带,把相应碳带加热点上的涂层材料转印到普通的打印纸上。
②性能表现
主要是热敏微打的速度是针式微打的几倍。
总之，直热式热敏微打主要在噪声、速度和分辨率上优于针式微打，而针式微打却在拷贝能力和打印后纸张的保存效果（热转印式除外）上优于直热式热敏微打，这些各自的优点奠定了这两大类的微打在不同应用领域受青睐的地位。
随着国内电子政务、电子商务的迅速发展，以及工商、税务电子监控等政策的逐渐实施，对发票和税控收据的自动打印要求将越来越广泛，商业收款和税控发票打印也就成为微型打印机应用最为广泛的领域，而热敏式、9针串行点阵式打印方式则在此领域应用最为广泛。
此外，随着微型打印机技术的发展，各种新型的微型打印机也慢慢走向市场，如便携式微型打印机，它在水、电、燃气等抄表业务中得到了很好的推广。相对于传统的手工抄表，然后录入电脑，再由电脑打印出单据送到用户手中，便携式微打表现出了极大的方便性。类似的应用还有火车上的移动式补票机等。
4.2单片机芯片部分
89S52是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片[1]，引脚排列请参见下图4-2：
4.4.5 HY-12864的应用
上面是液晶显示器HY12864 与单片机89S52的接口电路。控制电路为直接访问方式的接口电路[11]。电路原理图如上图所示：
单片机的P0端口直接与显示器的数据端口相连；电位器用来调节显示器屏幕亮度，而负电源由显示器本身提供；单片机的读写信号端口通过与非门控制显示器的读写使能端，高电平时数据被读出，下降沿时数据被锁存即写入列驱动器；P2.3口控制芯片片选端（第二个列驱动器），P2.2口控制芯片片选端（第一个列驱动器），且二者均为低电平有效；P2.1口控制读写选通信号，输入低电平时写选通，本设计不需读入，所以只要低电平即可；P2.0口控制数据指令选择信号，高电平为数据操作，低电平写指令或读状态，即先为0写入控制字再为1写入数据代码确定什么字。
4.5 键盘部分
4.5.1 单片机键盘和键盘接口概述
单片机使用的键盘可分为独立式和矩阵式两种。独立式实际上就是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O接口连接，其方法是每个按键独占一条口线，接口简单[12]。矩阵式键盘也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以键按行列组成矩阵（如图4-8所示）。
按一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按的是哪个键，另一项是键功能的实现。第一项工作是使用接口电路实现的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。下面来介绍键盘接口问题[13]。
具体来说，键盘接口应完成以下操作功能：
a 键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键”）。
b 键识别，以确定闭合键的行列位置。
c 产生闭合键的键码。
d 排除多键、串键（复按）及去抖动。
这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电路来完成。但具体那些由硬件完成由软件完成，要看接口电路的情况。总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就得复杂一些。
可以为MCS-51单片机实现键盘接口的方法和接口芯片有：
a 使用单片机芯片本身的并/串行口
b 使用通用接口芯片（例如8255、8155等）/专用接口芯片8279
4.5.2 单片机键盘接口和键功能的实现
（1） 键盘接口处理内容
① 键扫描
键盘上的键按行列组成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。为判定有无键被按下（闭合键）以及被按键的位置，可使用两种方法：扫描法和翻转法，其中以扫描法使用较为普遍。因此下面以扫描法为例，说明查找闭合键的方法。现以图4-9所示的4行×4列键盘为例，对键扫描进行说明。
5 软件部分
根据程序设计步骤流程图（图5-1），准备本次设计所需要的整体流程图和部分流程图。
