【基于蓝牙的票据打印系统设计9300字（论文）】

基于蓝牙的票据打印系统设计目录TOC\o"1-1"\h\u14860基于蓝牙的票据打印程序设计 1304621绪论 1177322对现有系统的分析 2191523蓝牙票据打印程序原理 5189024总体设计 17168745.总结与思考 18摘要：提出一种将有线打印机改进为蓝牙通信的设计方法。该方法的关键技术是以数据传输与发送接收两个蓝牙终端点间的USB蓝牙接口，在根据通用蓝牙接口HCI的底层传输协议中所要求的技术规范下，通过USB的技术应用来精确分析它在打印机上的参数，完成了传送USB传输数据与接收蓝牙接口HCIACL两种数据传输格式的相互兼容转换。针对蓝牙通信数据丢包问题进行测试剖析，重新优化单片机控制器的程序流程。测试显示打印机蓝牙通信系统数据完整，适用于各类打印文档，打印质量高，通过改善控制器性能和蓝牙通信波特率，打印速度会明显改善。本论文中所提出的解决方案具备了许多独特的优势,比如其设计费用少、实际应用强等。关键词：蓝牙HCI;USB;通信控制器;打印机1绪论1.1研究背景自从上世纪九十年代末提出蓝牙技术以来，蓝牙技术发展迅速。蓝牙作为一种全球崭新的短距离无线通信应用技术标准，受到全球范围内越来越多的生产厂家和相关研究技术机构的广泛关注。并且还成功的创办了世界蓝牙组织。近年来，世界上一些权威的标准化组织也在关注蓝牙技术标准的制定和发展。在当今社会随着电子通信技术、网络通信技术的不断飞速发展,各种各样的智能化,网络化数字通信设备不断涌现，如何摆脱各类的有线电缆所带来的不便，建立一个方便可靠的无线个人工作环境已经成为了人们的迫切需求。作为一种短距离无线通信协议，蓝牙技术以其低输入成本、低输入功耗、方便灵活的技术优势在众多无线解决方案中脱颖而出，所以蓝牙打印技术应运而生。1.2研究意义打印机与计算机之间进行信息交换，传统上是采用有线电缆连接的并口或串口形式。所谓蓝牙技术，实际上是一种短距离无线通信技术。利用蓝牙连接技术，能够有效的简化掌上电脑、笔记本电脑和手机等移动通信终端设备之间的连接，也能够成功的简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而能够让这些用于现代移动互联网终端设备与移动互联网之间的通信数据传输连接工作可以变得更加高效，实际应用范围还可以扩大到各种家用电器产品，所以利用无线接口在蓝牙设备之间进行通信，顺应了现代通信技术和发展的潮流。所以，本课题的具有较高的研究意义。1.3国内外研究现状蓝牙技术在我国目前主要是应用于移动手机和耳机以及个人电脑上,其他的产品还包括数字相机、无线电话等,并且它们都很常见。去年6月下旬,初创公司(CSR)宣布发行首款支持短程射频(RF)技术的无线打印机。这款智能打印机厂商采用的是单芯片芯片RF及基频芯片IC,并且他们采取了8美元的低成本价格销售策略,并且这家打印机厂商预定在2020年底前将会把其零售价格大幅降至5美元。CSR芯片组不仅可以同时能够支持一个高达2.4GHz的高速蓝牙语音运行数据带宽,并且它还可以支持快闪式高速蓝牙管理软件和底层的高速内存,可以同时高速传输各种蓝牙语音和其他蓝牙数据。这家公司预计2020年生产运输零部件数量超过100万件,其主要业务客户分别是电讯业和汽车行业两大巨头阿尔卡特(AlCATEL)和一家日本公司TochigiMitsumi,CSR芯片组将在整个亚洲及其他欧洲各国继续采用0.35微米级的制造技术工艺化并进行批量生产[1]。随着我国经济技术的发展，也将对蓝牙打印技不断加大研究和开发，迅速缩短与发达国家的差距[2]。2对现有系统的分析蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙的载频选用是在全球都可用的2.45CHz工科医学(ISM)频带，采用跳频扩谱技术，在2.45CHzISM频带上以1600跳/s的速率进行跳频。在射频发射机的带宽大约为1MHz时,其有效的射频数据信号传输速率大约为721kbps[3],并且它们也都采用了低消耗功率时分复用的通信方式可以进行射频发射,适合于大约10m频率范围内的高频无线通信。设计协议和网络协议栈的主要基本设计原则之一就是尽量最大可能地综合利用蓝牙网络中各种现有的各类蓝牙高层网络协议,保证蓝牙网络中各种现有的高层协议和各类蓝牙网络技术之间的完美融合以及各类蓝牙应用之间的高度交叉性和互通性,充分利用网络中现有兼容于国际蓝牙网络技术设计规范的软、硬件网络体系[4]。2.1打印机蓝牙系统的组成如图2-1所示打印机蓝牙通信系统由两个模块所组成，分别是发送模块和接收模块。图2-1组成框图发送接收模块由三个组成部分所结合组成,分别都是采用一个USB发送设备、单片式主机和微控制器和一个新的蓝牙发送主机,接收发送模块的基本结构和功能组成设计形式与蓝牙发送接收模块相似,不同之处主要在于它们都分别具有不同的无线控制发送方式和各种无线通讯处理机制,原因主要在于网络数据的发送实时性和传送主要上还是以采用单项或多个无线通讯控制模块发送为主。2.2打印机通讯数据的解析当一个USB设备和电脑的USB接口相互连接时,电脑就会自动地检测到这个设备,然后就会发生一系列的回应过程[5]。连接以后,主机就会向客户发送一个GetDescriptor的请求,读取该设备的描述符和配置描述符,方法是凭借它来获取默认管道的最大资料包的大小。第1行的第8个数据0x40的意义分别是表示端点0的最高位字节分别为0x40[6],PID和VID分别代表了打印机的产品编号和厂商名称。表2-1打印机设备描述符字符串字节123456789行号10x120x010x000x020x000x000x000x400xF020x030x170x3c0x000x010x010x020x030x01配置描述符如下表2-2所示表2-2打印机配置描述符字符串字节12345678行号10x090x020x200x000x010x010x000xC020x000x090x040x000x000x020x070x0130x020x000x070x050x010x020x400x0040x000x070x050x810x020x400x000x002.3关于打印机的蓝牙通信在Bluetooth协议规范中,HCI协议(host控制接口)用来定义Bluetooth协议栈中所有物理层的通讯规范,在HCI传输层(也就是物理总线的驱动程序)中为客户端提供了一个控制基带与链路控制器HCI信息的传输机制作为客户端主机控制器发出HCI指令、链路管理器HCI信息的传递机制是作为主机控制器发送ACL数据,状态寄存器HCI信息的传递机制。以及由主机或者控制器接收到HCI事件、ACL数据和SCO数据的方式提供监视和控制功能[7]。HCI分组指令数据分组模块是一个用于从一台虚拟主机向另外一台单机主控制器接收发送到它的指令,HCI数据分组的命令指示器信号是0x01，HCI分组指令模块分组的具体指令格式如下表2-3所示。表2-3HCI指令分组格式操作码参数长度参数0操作码指令段操作码码段参数N-1参数N蓝牙通信模块连接上网后就不再需要对每个指令分组进行事件复位,HCI表示事件的命令分组。HCI事件的每个分组数据格式结构如下表由图表2-4所示。表2-4事件分组格式操作码参数长度参数0参数N-1参数NHCI、ACL数据分组格式如表2-5所示。表2-5HCI数据分组格式连接句柄PB标志BC标志数据总长度数据Data0x102A作为蓝牙打印机通信中连接句柄，获取打印机的状态就是向蓝牙从机发送022A1002007F。3蓝牙票据打印程序原理3.1系统整体原理图系统需要实现数控直流稳压电源基于蓝牙票据打印程序设计，整个系统基于蓝牙票据打印程序包括单片机最小系统基于蓝牙票据打印程序、供电基于蓝牙票据打印程序、按键控制基于蓝牙票据打印程序。基于蓝牙票据打印程序如图3-1所示。图3-1系统整体基于蓝牙票据打印程序图3.2供电基于蓝牙票据打印程序的设计系统供电通过交流220V输入，系统的电源要求为5V，所以需要进行电源转换基于蓝牙票据打印程序设计。交流220V需要先经过变压器降低交流电压等级，输出交流15V电压，经过整流桥整流输出18V直流电压，得到系统供电电压要求[8]。同时搭配电源指示灯电源，供电启动后，指示灯亮，便于了解到电源基于蓝牙票据打印程序运行状态。基于蓝牙票据打印程序如图3-2所示。图3-2显示基于蓝牙票据打印程序3.3主控基于蓝牙票据打印程序STC89C51单片机的封装类型包括容易焊接的直插型、方便机器加工的贴片型，贴片型器件很小、非常轻，很适合集成度高的项目使用。DIP封装方便手工组装，可以在实验板、洞洞板等进行使用，在学习初期使用最多，便于进行多次使用，在学校、在家等一般条件下就可以进行开发学习。29脚为PSEN，是外部代码存储区使信号选通控制引脚，此引脚在单片机应用外部代码存储方案时进行使用，如果单片机需要获取外部代码存储器数据时，此引脚正确信号为低电平，即可进行外部代码的获取。30脚为ALE/PROG，此引脚需要和29脚配合使用，所以同样在单片机需要扩展代码存储器的时候使用，此引脚扩展P0口作为地址数据口，当此引脚为高电平的时候，P0口可以锁存地址数据，在获取外部代码存储数据时，此引脚由高电平变换为低电平的情况下，P0口的地址信号加载到锁存器，此引脚为低电平的情况下，P0口的数据与锁存器数据是完全一样的。31脚为EA，如果单片机内部的代码存储空间不足，就需要设计外置代码存储空间，此引脚必须为低电平，表示单片机选择外部代码存储区。如果此引脚接高电平，则表示使用单片机内部代码存储区就可以完成开发设计[9]。单片机和外设连接的接口有4组，他们为P0、P1、P2、P3口，任何一组都有8个可以自定义使用的连接接口，所有的连接接口都可以随意应用，都可以进行数据的双向传输，传输方向可以根据需要选择。PO部分属于整个芯片的三十二到三十九脚,此时一组输入接口中的输出信号是一个高电平组态,那主要原理是因为芯片PO口在整个单片电机内部基本没有一个信号电阻,将每个输入端的信号电阻钳位在一个高电平,因此无法直接输出高低电平,所以在单片机设计的时候需要单独设计上拉电阻基于蓝牙票据打印程序。P1属于芯片的一到八脚，此组接口输出不是高组态，那是因为P1口在单片机内部有一个电阻，将信号钳位在高电平，信号也不能锁存，所以是准双向接口，在P1口使用的时候必须要先对此接口输出高电平，这样操作之后接口才可以正常使用，单片机方可接收到信号进行处理，所以在使用前输出高电平的操作称之为准备阶段，所以叫做准双向IO口。P1口中的第一脚还是T2定时器的信号输入接口，第二脚是T2的外部信号控制输入端。P2属于芯片的二十一到二十八脚，和P1口相同，同为准双向接口。P3芯片的十到十七脚,和P1口相同,同为准双向信号连接。P3的每个接口都是设计了两大功能作用,第四个接口是外部定时器中断1信号输入的接口,第五个接口是外部定时器0信号输入的接口,第六个接口是定时器1信号输入的接口,第七个接口是外置在数据存储空间写入信号,第八个接口为外置数据存储空间读信号。如图3-3所示。图3-3单片机最小系统主要特性如下：(1)应用的8051处理器是增强后的单片机。(2)P0口本身就是一个漏极开路接口,在单片机需要进行扩展时,可以用作地址和数据线,如果需要外接作为IO口的话,必须要外接一个上拉电阻。(3)可以通过ISP进行程序的编写，不需要其他硬件下载器的支持，也不需要专用的仿真器，只需要三根线利用单片机的串口就可以对控制器进行可执行文件的编写，程序编写速度快，编写数据稳定可靠。(4)具有EPROM功能。(5)具有看门狗功能。(6)定时器T0、T1、T2。(7)该器件设计了4路中断接口,可以由寄存器选择一个中断响应的方式,响应方式主要有下降沿或者是低电平,其中PowerDown可以通过外部的中断接口进行控制,低电平有效时即可启动。(8)串行通信数据接口，可以实现串口数据通信。STC89C52RC单片机的工作模式：(1)掉电模式：在此模式下能耗低于0.1μA，能够通过外部中断重新控制系统启动，系统重新运行应用程序。(2)空闲模式：此典型功耗2mA。(3)掉电模式可以应用在仪器仪表、移动设备等，在不需要的时候进入掉电模式，需要启动的时候通过中断启动。STC89C51运行时钟代码要求需要外部输入信号,即时钟信号,通过晶振基于蓝牙数据打印程序直接输入时钟信号,为每个单片机代码的正常运行提供了节拍,通常我们所说的时钟代码单片机的正常运行时钟速度和频率就和单片机的晶振输出频率大小有很密切的关系,我们可以选择的时钟为12MHz,换算成周期就是1/12微秒,这就是节拍,所以如果选择的晶振频率不同,节拍就不同,单片机的运行速度就不同,STC89C51要求晶振频率在20MHz以下。因为晶振时钟选用的器件是无源晶振,所以两个晶振时钟就需要分别同时搭配两个晶振电容器,才可以能够保证可以正常进行工作,也就是晶振起振运行,这种电容叫做起振电容。按照单片机厂家手册说明电容的容值选择范围在10到30pF。晶振基于蓝牙票据打印程序在器件焊接布局上有要求,电容需要尽量和晶振靠近,这样可以减少不必要的干扰,造成时钟信号被干扰,影响单片机运行状态,通过布局保证系统稳定运行。晶振的时钟信号通过单片机19脚、18脚输入,晶振的两个引脚没有正负极之分。图3-4晶振基于蓝牙票据打印程序复位基于蓝牙票据打印程序也是单片机系统最重要组成部分，复位的功能是让单片机回到代码初始位置重新开始运行，在系统开发阶段以及系统使用阶段复位功能都是必不可少的设计。此基于蓝牙票据打印程序可以在电源通电瞬间进行复位，在器件启动执行过程中实现复位，此功能硬件设计的器件有10K电阻元件、按键元件、10uf电解电容元件，控制器的复位信号要求至少维持两个晶振频率周期的有效信号，为单片机第9接口RST加载两个晶振频率周期的有效信号，就能够完成单片机复位动作。基于蓝牙票据打印程序如图3-5所示。图3-5复位基于蓝牙票据打印程序3.4显示基于蓝牙票据打印程序LCD1602显示屏的全名为1602字符显示液晶屏，这种类型的液晶只能显示数字、标点等字符得到点阵式液晶屏幕。液晶屏内部集成了存储器，分为三种：CGROM、CGRAM、DDRAM。DDRAM就是专门为液晶存储显示数据的存储器，存储了需要显示的字符编码。DDRAM的具体功能作用其实和电脑的显存是一样的原理，比如需要在屏幕上显示内容，直接通过软件写入想要显示的内容即可，这样屏幕就会按照写入的内容显示。LCD1602液晶屏设计有80个存储单元作为显示。但是LCD1602并不能同一时间展现那么多的内容，所以直接写入此存储单元内的字符是不会都展现在液晶屏上的。所以未被展现出来的字符需要通过软件设置显示移动命令，让显示的内容移动，之后未被显示的内容会慢慢显示出来，这样就实现了字符移动显示，所以设计的DDRAM会大于可显示的字符数量。想要显示什么内容，只要将字符输入到DDRAM中即可。假如需要显示字符A，将字符A对应的ASCLL码41H（十六进制）写入DDRAM中即可，展现出来的首个写入的内容会存在此存储单元的00H地址处。A就是这么展现出来的。系统选择LCD1602显示电容数据。此器件能够显示16*2个字符，主要用于显示数字和字母，还包括很多特殊字符，通过多方面的对比，相比于数码管，液晶更适合此设计的显示功能要求。液晶的硬件连接很简单，主要包括数据接口和时序接口，时序的信号接口是RS接单片机的P2.5，用于设置液晶控制的模式，是并行还是串行，RW接口单片机的P2.6，控制对液晶的数据操作是读还是写，EN接单片机的P2.7，是使能控制接口。数据输入接口D0到D7接单片机的P0口进行控制。基于蓝牙票据打印程序如图3-6所示。图3-6显示基于蓝牙票据打印程序3.5D/A转换基于蓝牙票据打印程序设计直流稳压电源电路采用数模转换稳压方式,采用普通稳压芯片TLC5615。TLC5615为美国德州仪器公司1999年9月推出的一款新型仪器产品,带有一个上和下电复位的控制功能,意思是说就是把它的DAC两个寄存器的上电复位值降到完全零。是一种同时具有两个串行接口的新型数模电压转换器,其中基准输出电压类型应当为最大电压式,最大电压输出的基准电压数值应该应当是最大基准输出电压额定值的两倍。性能优越,优于早期的高压电流式电机输出类型DAC。只要仅需要一根数字串行总线就已经完成可以直接串行完成10位模拟数据的数字串行量控制输入,易于和其他符合各种工业应用标准的数字微处理器或其他微控制器(其中例如超微单片机)设备进行交互接口,适用于许多工业应用广泛场合,比如用于锂离子燃料电池自动供电的质量检测仪表、移动电话,数字信号失调与控制信号输出增益的自动调整以及各种适合工业过程控制系统应用的特殊场合。本设计具有如下几个有点：1、设计简单2、控制灵活3、调整方便4、携带方便、5成本低廉6、实用性强。芯片的1脚DIN接单片机的P3.7，是芯片控制数据输入接口。芯片的2脚SCLK接单片机的P3.6，在控制芯片时输入时钟信号。芯片的3脚为CS接单片机的P3.5，是芯片的使能控制信号，低电平有效。8脚为电源供电，接5V。5脚为电源。6脚为数模转换的参考电压输入接口，按照芯片数据手册要求接入2到3V之间，设计中介2.5V。基于蓝牙票据打印程序如图3-7所示。图3-7电源输出基于蓝牙票据打印程序3.6A/D转换基于蓝牙票据打印程序设计通过AD转换基于蓝牙票据打印程序，采用稳压电源输出电压以及电流，选择ADC0832实现模数转换，此芯片有两路模拟量转换通道，通道1用于采集电源电压，通道2用于采集电源电流[10]。ADC0832的封装有两种，一种是8脚的直插封装，一种是8脚贴片封装，不同封装的相同型号功能是一样的，可以同时对两路模拟量进行转换。芯片通过串行方式输出转换后的数据，利用DI引脚选择对应的模数转换通道，同时进行数字量的获取。由于是8位的模数转换器件，所以最高的分辨位是256，能够满足很多场合的设计需要。模数转换的参考电压直接选中器件的电源电压，器件的电源为5V，所以参考电压为5V。芯片的1脚为CS，CS为低电平表示可以对芯片进行操作，2脚为模拟量转换0通道，3脚为模拟量转换1通道，4脚为电源GND，5脚为选中具体是哪个转换通道，6脚模数转换后数字量的输出脚，7脚为数据输入输出的时钟信号，8脚为芯片电源VCC，同时也是参考电压的输入端。DI接单片机的P3.4，CLK接单片机的P3.3，CS接单片机的P3.2。图3-8模数转换基于蓝牙票据打印程序3.7稳压电源基于蓝牙票据打印程序设计稳压部分是打印程序系统的设计核心,对输入的电压进行了取样,运放LM358构成了一个比较基于蓝牙票据打印程序,对采样的电压与数模变换输出的电压可以通过控制器进行匹配调整基于蓝牙打印票据程序,IRF5305构成调整基于蓝牙票据打印程序调整输出电压。基于蓝牙票据打印程序如图3-9所示。图3-9稳压电源基于蓝牙票据打印程序3.8按键基于蓝牙票据打印程序按键选择轻触开关，按键的好与坏有很多因素，包括按键的防护性、可焊接程度、使用寿命、按键机动性、按键手感、制作工艺以及安装方法等因素[11]。轻触开关的引脚材料选择的是黄铜或磷铜，按键的作用就是导通，所以为了大大减小触电的电阻，引脚都需要经过镀银，但是银会和空气中的二氧化硫产生化学反应，就会影响按键引脚的接触电阻以及焊接强度，因此优质的轻触开关第一步必须在引脚的基础材料的镀银厚度以及镀银的技术上做到最好。轻触开关的引脚镀银完成之后，是不是需要进行保护，按键需不需要进行防水的处理，都是非常重要的因素，否则再好的镀银处理工艺，按键引脚会被氧化。按键按下是否有效取决于按键接触点的机械装置，轻触开关的特点就是按键的触点和弹片连接之后就会导通，所以能否良好的接触，并且达到最大面积的接触是非常重要的。按键S1、S2、S3、S4接入到单片机端口P1.4、P1.5、P1.6、P1.7上键盘基于蓝牙票据打印程序用于设置系统状态。S1为电源电压加设置按键，S2为电源电压减设置按键，S3为电源5V输出按键，S4为电源12V输出按键。基于蓝牙票据打印程序如图3-10所示。图3-10按键基于蓝牙票据打印程序3.9蓝牙票据打印程序的种类和工作原理蓝牙票据打印应用程序的功能和种类:按照打印机器的大小分别可以划分:台式蓝牙票据打印应用程序、便携式蓝牙票据打印应用程序。按照票据打印的方式,可以划分为:针式蓝牙票据打印程序、热敏式蓝牙票据打印程序。蓝牙电脑票据打印程序的基本工作原理:蓝牙电脑票据打印程序,就是指在系统的主机端使用一个单片机电路来模拟和仿真票据打印的程序而对其进行操作,截取从系统主机上并口输入的数据及其控制信号,并通过一个蓝牙无线网络将其连接发送到票据打印的程序终端。因为大多数的移动设备都内含了蓝牙芯片,所以可以快速被识别,连接也很方便[12]。由蓝牙票据打印程序组成的硬件主要8个基本方面,分别为如下所示:①票据打印程序的微控制器(MCU单机片)，这个票据打印程序的构件就是这个微控制器,它可以用来对键盘的工作状态和票据进行检测和执行编码。使用这个蓝牙模块建立连接的一种方法就是将这个小型的微控制器以UART串口的方式与这个蓝牙模块之间直接地进行了连接,使其在与蓝牙模块之间直接地实现了通信的状态,凭借这个方法来对数据进行输出与读入的各种相应功能。而且可以用来控制票据功率放大模块的打印程序开关在使用该功率放大模块与票据打印程序在构建中的功率放大模块时所需要建立的连接。②票据打印程序的蓝牙模块:一般选用的是BK8002蓝牙模块,因为它具有接收指令的功能,这样就能够通过蓝牙将数据进行发送和接收,原理就是通过UART将MCU单片机和这个蓝牙模块相连接。同时还需要确保扬声器在程序中能够正常地实现输出.③票据打印程序中的功率放大模块:这个放大模块的作用就是对所有的音频信号都进行了放大,同时也需要通过扬声器来进行输出,不过我们一定需要特别注意到有些功放过热现象,所以我们在程序中输出的音量也不能太多。④票据打印程序中的扬声器:其主要作用之一就是可以对音乐和视听内容进行编辑和播放。⑤票据打印程序中的键盘:其作用之一就是接收到用户的数据和输入信息。⑥票据打印程序的启动按键:此时,当按下该打印程序的启动键后,票据打印程序的系统就会开始对其进行正常工作,同时可以把信号直接传递到M