基于ARM的微型针式打印系统设计与实现

论文摘要

随着科技和信息技术的发展，微型打印机作为最主要的信息输出设备，被广泛的应用在日常生活中的各个领域，而且新的应用场景层出不穷，尤其是对移动便携打印机的需求更是与日剧增，比如政府部门的移动警务系统、移动执法系统等现场打印执法文书等，由于这些应用直接面对用户，而且需要将打印样条长时间的保存，因此在这些场景中对打印机的功耗、便携性、可靠性、打印质量等性能指标有着更高的要求。同时随着微电子技术的飞速发展，嵌入式芯片逐渐成为各种智能设备的首选方案，是因为其具有高性能、低成本的优势，本系统正是基于以上背景，设计了基于ARM Cotex M3内核主控芯片的微型针式打印系统。文中首先介绍了微型打印系统的应用背景及其控制系统的主流发展趋势，在分析国内外研究现状的基础上提出了系统的设计目标与内容，即完成了一个微型针式打印系统的软硬件设计工作，基于该系统的打印机有体积小、功耗低、操作简单、接口丰富等优点；然后基于设计目标对系统的功能性需求进行了分析并且得出了系统的非功能性需求；接下来在系统需求分析的基础上完成了系统总体设计，即对系统的工作原理以及软硬件平台的选型进行了详细的介绍，确定了基于ARM Cotex M3内核的STM32F103X作为主控芯片的设计方案；系统的硬件平台在详细设计过程中遵循层次化、模块化的设计思想，最终完成了打印系统硬件电路的设计，主要包括主控芯片及外围电路、通信接口、系统开关机控制、异常状态检测及处理、电池充电、按键和显示以及机头驱动等部分；在软件设计过程中，结合针式打印系统的特点和模块化设计原则，分别对数据接收、数据处理、机头控制、状态检测及异常处理等各个模块进行了编程和调试，最终完成了整个系统的软硬件详细设计工作；最后结合系统各项需求，对系统功能和性能方面的测试过程进行了介绍。本文基于完善的设计实例，对方案论证、需求分析、系统设计及实现、系统测试的整个过程进行了详细的阐述，由于在电子系统和嵌入式系统设计过程中设计思想和方法是基本相似的，因此本文对同类系统的设计具有较好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 研究目标与内容
• 1.4 全文组织结构
• 第二章 针式打印系统需求分析
• 2.1 概述
• 2.2 针式打印系统功能需求
• 2.2.1 支持 RS232 串行接口
• 2.2.2 支持蓝牙无线接口
• 2.2.3 支持字符、汉字及自定义图形打印功能
• 2.2.4 支持电池充电功能
• 2.3 针式打印系统非功能需求
• 2.3.1 采用主流控制芯片且可靠性高、实时性强
• 2.3.2 低功耗
• 2.3.3 易用性
• 2.3.4 可移植性
• 2.4 本章小结
• 第三章 针式打印系统概要设计
• 3.1 针式打印系统工作原理及特点
• 3.1.1 基本工作原理
• 3.1.2 针式打印的特点
• 3.2 针式打印系统硬件平台选择
• 3.2.1 主控芯片选型
• 3.2.2 微型针式打印头
• 3.3 针式打印系统开发平台
• 3.3.1 软件平台
• 3.3.2 硬件平台
• 3.4 本章小结
• 第四章 针式打印系统硬件平台设计
• 4.1 针式打印系统硬件原理框图
• 4.2 针式打印系统电源拓扑设计
• 4.2.1 针式打印系统电源结构
• 4.2.2 针式打印系统电源方案选择
• 4.2.3 具体实施方案
• 4.3 针式打印系统电路设计
• 4.3.1 主芯片及其外围电路设计
• 4.3.2 通信接口电路设计
• 4.3.3 字库存储模块设计
• 4.3.4 系统开关控制模块设计
• 4.3.5 异常状态处理模块设计
• 4.3.6 电池充电模块设计
• 4.3.7 按键及显示模块设计
• 4.3.8 打印头控制模块设计
• 4.4 印刷电路板（PCB）设计
• 4.4.1 元件布局
• 4.4.2 PCB 走线规则
• 4.5 本章小结
• 第五章 针式打印系统软件设计
• 5.1 软件系统总体设计
• 5.2 软件主流程设计
• 5.3 软件模块详细设计
• 5.3.1 模块设计的基本原则
• 5.3.2 系统初始化模块
• 5.3.3 数据接收模块
• 5.3.4 数据处理模块
• 5.3.5 机头控制模块
• 5.3.6 状态检测及异常处理模块
• 5.4 本章小结
• 第六章 针式打印系统测试
• 6.1 测试环境的搭建
• 6.2 针式打印系统硬件调试
• 6.3 针式打印系统模块测试
• 6.3.1 通信接口模块测试
• 6.3.2 数据处理模块测试
• 6.3.3 电机走纸及机头控制模块测试
• 6.4 针式打印系统整体测试
• 6.4.1 功能测试主体流程
• 6.4.2 异常处理功能测试
• 6.4.3 针式打印系统性能分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 针式打印系统待改进之处
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果