微型热敏打印机系统的低功耗设计
东南大学
硕士学位论文
微型热敏打印机系统的低功耗设计
姓名：何翌成
申请学位级别：硕士
专业：软件工程
指导教师：凌明；刁龙
20110616
热敏打印机设计
基于89S51单片机的微型热敏打印机软件设计 heshw99 发表于2007-3-7 23:07:00 1 推荐 摘要：介绍了基于89S51单片机的微型热敏打印机的组成，分析了打印原理，详细给出了整体流程以及各个功能模块的软件设计。热敏打印头采用I/O口模拟串行数据传输实现数据加载。设计的微型热敏打印机运用于实际，取得了良好的效果。 关键词：热敏打印机过热保护步进电机数据加载 1引言 由于常用的微型针式打印机的速度慢，噪声大，无法满足某些场合的需要。微型热敏打印机具有打印速度快、噪音低、可靠性高、字迹清晰、机头小而轻等优点，可满足各种场合的打印要求，因此得到广泛应用。笔者在汽车行驶记录仪的开发过程中，根据厂家要求，选用较为先进的热敏打印机作为打印设备。但微型热敏打印头对打印时序和温度要求较高，一旦控制不当极易造成打印头烧毁。因此，在有合理的硬件设计的基础上，软件设计也十分重要。本文使用某些软件设计替代了部分硬件电路，使打印机的控制电路得到了简化。 2打印原理 选用的FTP-628作为热敏打印头。该热敏打印头点结构384点/行，水平方向点密度：8点/mm，垂直方向行间距：8点/mm。有效打印宽度48mm。打印速度最大为60mm/秒[1]。 要打印的数据在时钟CLK的配合下，经由数据输入脚DI移到热敏机芯内部的移位寄存器中。经384个时钟周期，一行384位数据全部移到移位寄存器后，锁存端的锁存信号/LA T由CPU置低，移位寄存器的数据被锁存到锁存器。然后热敏头加热控制信号STB产生高电平，此时根据384点输入的DI数据是1或者是0决定发热元件是否发热，由此在热敏纸上产生要打印的点行。 3系统整体框图 本文介绍的微型热敏打印机由主控芯片、步进电机驱动模块、热敏打印头过热保护模块、热敏打印头缺纸检测模块、RS-232通信模块、供电模块等部分组成。其中步进电机驱动模块负责控制打印纸走纸及走纸速度；热敏打印头过热保护模块防止热敏打印头温度过高损坏；热敏打印头缺纸检测电路完成热敏打印头是否有纸检测；RS-232通信模块实现打印机与上位机之间的通信；供电模块给控制电路及热敏打印头供电。根据实际需要，考虑成本，选择89S51单片机作为主控芯片[2]。如图1，给出了主控芯片与各个模块之间的接口功能设计。 图1 主控芯片与功能模块的接口设计 4系统软件设计
热敏电阻_热敏电阻工作原理
热敏电阻根据温度系数分为两类：正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。由于特性上的区别，应用场合互不相同。 正温度系数热敏电阻简称PTC（是Positive Temperature Coefficient 的缩写），超过一定的温度(居里温度---居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb...等，可使其电阻率下降到10Ω.cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可增大 4~10个数量级，即产生所谓PTC效应。 目前大量被使用的PTC热敏电阻种类：恒温加热用PTC热敏电阻；低电压加热用PTC热敏电阻；空气加热用热敏电阻；过电流保护用PTC热敏电阻；过热保护用PTC热敏电阻；温度传感用PTC热敏电阻；延时启动用PTC 热敏电阻。 负温度系数热敏电阻简称NTC（是Negative Temperature Coefficient 的缩写），泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 PTC、NTC两种热敏电阻都可以用作温度传感，在目前的实际应用中，多采用NTC热敏电阻作为温度测量、控制的温度传感器。 NTC负温度系数热敏电阻专业术语 零功率电阻值（Ω） 指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。
软件低功耗设计
Software Power Measurement Dushyanth Narayanan dnarayan@https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html, April26,2005 Technical Report MSR-TR-2005-51 Microsoft Research Microsoft Corporation One Microsoft Way Redmond,WA98052 https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html,
Abstract E?ective system-level power management requires cheap,accurate and?ne-grained power measurement and accounting.Unfortunately current portable hardware does not provide this capability.We advocate software power measure-ment:estimation of power consumption by modelling it as a function of device state.The approach requires no additional hardware,and allows?ne-grained, per-device and per-application power measurement.We describe a design and implementation of software power measurement,and a feasibility study showing signi?cantly better accuracy than power pro?ling based on time averaging.We conclude with design recommendations for OS designers and portable hardware vendors to improve the ease and accuracy of power measurement. 1Introduction Energy is a critical resource for many computing systems.While battery life is especially relevant to portable and hand-held computers,peak power consump-tion a?ects fan noise on desktops and cooling costs for server farms.There is an increasingly recognised need to manage and account energy as a?rst-class resource within the operating system[13]. Energy management requires accurate measurement and accounting.Adap-tive tuning of device parameters such as disk spin-down timeouts[3]requires accurate estimates of per-device power consumption.Per-device measurements at?ne time granularity—when combined with existing OS accounting of de-vices such as CPU,disk,and network—also enable per-application accounting of energy consumption.This is of great value both for end-users(“Outlook is responsible for80%of your battery drain,maybe you should kill it”)and for application-level adaptation[5]. Unfortunately,current approaches to energy measurement have several draw-backs,especially when applied to laptop and hand-held computers.Accurate measurement with?ne time granularity requires external hardware such as sam-pling digital multimeters,making the approach unwieldy and hard to deploy in the?eld.Unmodi?ed laptop hardware typically o?ers nothing more than Smart-Battery measurements,which are only accurate at coarse time granularities and measure the power consumption of the entire system but not of individual de-vices. We propose a novel technique known as software power measurement(SPM), which correlates infrequent,coarse-grained measurements of power with?ne-grained observations of device state and activity.The result of the correlation is a predictor that estimates the energy consumption over arbitrarily short time interval from from the observed device state and activity. The remainder of this paper is organised as follows.Section2describes current approaches to the problem and their drawbacks.Section3describes the design and prototype implementation of software power measurement on Windows XP.Section4presents a quantitative evaluation of the prototype, 1
如何进行低功耗设计
如何进行低功耗设计 现在电子产品，特别是最近两年很火爆的穿戴产品，智能手表等都是锂电池供电，如果采用同样容量大小的锂电池进行测试不难发现电子产品低功耗做的好的，工作时间越长。因此，低功耗设计排在电子产品设计的重要地位。 最近做穿戴产品设计，面临的第一个问题就是低功耗设计。经过这两天的认真分析总结，将低功耗设计的方法总结，以飨网友。 首先，要明白一点就是功耗分为工作时功耗和待机时功耗，工作时功耗分为全部功能开启的功耗和部分功能开启的功耗。这在很大程度上影响着产品的功耗设计。 对于一个电子产品，总功耗为该产品正常工作时的电压与电流的乘积，这就是低功耗设计的需要注意事项之一。 为了降低产品的功耗，在电子产品开发时尽量采用低电压低功耗的产品。比如一个产品，曾经用5v单片机正常工作，后来又了3.3v的单片机或者工作电压更低的，那么就是在第一层次中进行了低功耗设计，这也就是我们常说的研发前期低功耗器件选择。这一般需要有广阔的芯片涉猎范围或者与供应商有良好的沟通。 其次是模块工作的选择控制，一般选择具有休眠功能的芯片。比如在设计一个系统中，如果某些外部模块在工作中是不经常使用的，我们可以使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关来控制器工作与否，当需要使用模块时将其唤醒，这样我们可以在整个系统进入低功耗模式时，关闭一些不必要的器件，以起到省电的作用，延长了待机时间。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做电子开关③具有使能端的LDO芯片。 再次，选择具有省电模式的主控芯片。现在的主控芯片一般都具有省电模式，通过以往的经验可以知道，当主控芯片在省电模式条件下，其工作电流往往是正常工作电流的几分之一，这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时，现在一些控制芯片具有双时钟的模式，通过软件的配置使芯片在不同的使用场合使用不同的外部始终从而降低其功耗。这与始终分频器具有异曲同工之妙，不同之处想必就是BOM的价格问题。现在火爆的APPLE WATCH 就是低功耗的一个例子：全功能运行3-4小时，持续运行18小时。 主控芯片或者相关模块唤醒的方式选择。通常进过以上的步骤设计好了硬件结构，在系统需要省电，在什么时候进入省电模式，这一般在软件设计中实现，但是最主要还是需要根据产品的功能特性来决定了。当系统进入了省电模式，而系统的唤醒也需要控制。一般系统的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒。 A、自动唤醒是使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间，当睡眠时间达到预定时间时，自动进行唤醒。这与我们使用的看门狗或者中断有比较相近之处，不同就是其工作与否的时序。 B、外部唤醒就是芯片一直处于一种休眠状态，当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行一个触发，则芯片会唤醒，在事件处理之后消除该触发事件而在此进入休眠状态。因此，根据系统的特性，就需要进行软件设计时，来决定如何使用睡眠及唤醒，以降低系统的功耗。 最后说说功耗的测试，功耗测试分为模块功耗和整机功耗，模块功耗需要测试休眠时功耗和工作时功耗。整机功耗分为最大负荷工作时功耗和基本功能时功耗和休眠时功耗。在前期的测试中我用直接用UI来进行测量，关于如何进行高精度低功耗产品的测量，在下篇中进一步说明。
嵌入式系统的低功耗设计
第27卷第6期增刊 2006年6月 仪 器 仪 表 学 报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol.27No.6 J une.2006 嵌入式系统的低功耗设计 3 杨天池 金 梁 王天鹏 (解放军信息工程大学 郑州 450002) 摘 要 嵌入式系统的电源管理是系统设计中关键部分,合理的电源管理方案可以减少系统的功耗并提高整体性能。本文提出了一种层次化的电源管理结构,分别为硬件层、驱动层、操作系统层、电源管理层和应用层。本文同时引入了动态的电源管理方法来解决电源功耗的动态管理问题。通过在实际的系统中的测试表明,该电源管理机制的有效性。关键词 嵌入式系统 低功耗设计 动态电源管理 PXA255 Low pow er design in embedded system Yang Tianchi Jin Liang Wang Tianpeng (Universit y of I nf ormation Engineering ,Zhengz hou 450002,China ) Abstract Proper power management mechanism is important when designing embedded system.It is helpful to reduce power consumption and improve performance.This low power model adopt s five 2layer architecture ,which are hardware platform ,driver layer ,operating system ,power manage mechanism and application program.Dynamic power management (DPM )technology is also introduced to solve the problem of power consumption.The experiment on embedded system demonstrates t hat this power management mechanism is feasible.K ey w ords embedded system low power design dynamic power management PXA255 3基金项目:河南人才创新基金(0421000100) 1 引 言 随着嵌入式系统的发展以及应用面的不断扩展,功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为嵌入式系统特别是便携式系统设计中研究的热点问题。系统的低功耗设计,并非是某一方面、某一角度的解决方案,而应当从系统级的设计考虑功耗的节省,是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。 2 低功耗电路模型 低功耗设计对于无线设备、PDA 等便携式设备的实际应用具有重要的意义。低功耗元件的发展和系统设计的进步使得通用计算技术可以用到表、无线电话、 PDA 和桌面计算机中。在这些系统中的电源管理技 术传统上集中在休眠模式和设备能源管理这2个方面上[1]。但是,这样的电源管理缺乏直观性和灵活性,而且功耗的降低,并非单独软件、硬件单方面可以解决的[2],因此设计并建立如图1所示的系统低功耗设计模型。整个模型由硬件平台,驱动层,操作系统层,电源管理机制层和应用程序五个部分组成。 2.1 硬件平台 几乎所有系统功耗都集中于硬件平台,因此降低硬件平台的功耗是实现低功耗的基本所在。公式(1)为系统功耗的表达式: P ∞CV 2 f (1) 式中:C 是负载电容,V 是器件电压,f 是工作频率[3]。系统功耗同负载电容、器件电压平方以及工作频率成正比。因此,硬件平台设计多选用低电压,电压、频率可调器件,以及采用SOC 设计来进一步降低功耗[4,5]。另外,模式可控器件在空闲状态消耗的能量为运行状
NTC热敏电阻原理及应用.
NTC热敏电阻原理及应用 NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的检测。本公司提供各种形状、特性的小型、高可靠性产品，可满足广大客户的应用需求。 NTC负温度系数热敏电阻工作原理 NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 NTC负温度系数热敏电阻专业术语 零功率电阻值 RT（Ω） RT指在规定温度 T 时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（ K ）。 B ： NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数。 额定零功率电阻值 R25 （Ω） 根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度25 ℃ 时测得的电阻值 R25，这个电阻值就是 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值，亦指该值。 材料常数（热敏指数） B 值（ K ）
ARM低功耗设计_全面OK
嵌入式系统中的低功耗设计 2008-12-31 18:19:55 作者：电子之都来源：电子之都浏览次数：59 网友评论 0 条 经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。 在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。 那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1.处理器的选择 2.接口驱动电路设计 3.动态电源管理 4.电源供给电路的选择 下面我们分别进行讨论： 一、处理器的选择 我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU 是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整
个系统功耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。 一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/M IPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。 我们把CPU的功率消耗分为两大部分：内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O，总的功率等于两者之和，即P=PCORE+PI/O。对于PCORE，关键在于其供电电压和时钟频率的高低；对于PI/O来讲，除了留意各个专门I/O控制器的功耗外，还必须关注地址和数据总线宽度。下面对两者分别进行讨论： 1、CPU供电电压和时钟频率 我们知道，在数字集成电路设计中，CMOS电路的静态功耗很低，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为： Pd=CTV2f 式中，Pd---CMOS芯片的动态功耗 CT----CMOS芯片的负载电容 V----CMOS芯片的工作电压 f-----CMOS芯片的工作频率 由上式可知，CMOS电路中的功率消耗是与电路的开关频率呈线性关系，与供电电压呈二次平方关系。对于一颗CPU来讲，Vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到
热敏打印机剖析
目录 1 课程设计的任务与要求 (1) 1.1 课程设计的任务 (1) 1.2 课程设计的要求 (1) 2 热敏打印机设计方案制定 (1) 2.1 热敏打印机的原理 (1) 2.2 热敏打印机的技术方案 (1) 3 热敏打印机的方案实施 (3) 3.1 热敏打印机电路元器件选择 (3) 3.2 热敏打印机系统整体电路图 (5) 3.3 元器件清单 (6) 4 热敏打印机的实现与调试 (7) 4.1 热敏打印机设计系统测试 (7) 4.2 热敏打印机设计数据分析 (8) 5 总结及心得体会 (8) 6参考文献 (9)
热敏打印机 1 课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 熟练运用上课时老师讲解的知识，了运用STM32的知识，并熟知Keil5的操作，学会STM32GPIO口的高低位寄存器配置原理和方法：学会新建工程步骤和利用软件编写程序；并且能够熟悉热敏打印机的工作原理及使用方法；最终学会使用热敏打印机打印出成品。 1.2 课程设计的要求 熟练掌握STM32GPIO口的特点，学会使用数据手册（学会配置寄存器的管脚打印机原理图及Keil uVision5软件编写LED、蜂鸣器、步进电机、时间定时器、按键、检测器以及主函数的程序，最终学会用热敏打印机打印图片，字符，和超市小票。 2 热敏打印机设计方案制定 2.1 热敏打印机的原理 所谓蓝牙打印机，就是指在主机端用一单片机来仿真打印机进行工作，截取从主机并口传出的数据及控制信号，并通过蓝牙无线连接传送到打印机端。在打印机侧的单片机则根据所收到的蓝牙数据来仿真主机对打印机进行控制操作，从而实现打印机与主机的蓝牙无线连接。由于大部分的移动设备（手机、笔记本、平板电脑）都置有蓝牙芯片，不需要数据线连接即可快速被识别，操作简单，连接方便。 热敏打印机的原理是用加热的方式使涂在打印纸上的热敏介质变色。热敏微型打印机式也式比较常见的微型打印机，但比针式微型打印机出来得要晚。热敏打印机打印速度快，噪音小，打印头很少出现机械损耗，并且不需要色带，免去了更换色带的麻烦。但它也有缺点，因为其使用的是热敏纸，所以不能无限期保存，在避光的条件下可以保存一年到五年，也有长效热敏纸可以保存十年。 2.2 热敏打印机的技术方案 将一行384个点对应的数据按顺序输入，控制加热信号STB1、STB2、STB3、STB4、STB5、STB6，加热打印头，写入的数据中，对应二进制bit为1的点就会加热成黑点，时不会发生危险。 对应二进制数据为0的bit则不会变色；与此同时，输入步进电机激励相序信号，转动一步（加热和步进电机转动同时进行）；紧接着输入第二行点的数据……，依次
家用空调热敏电阻工作原理
家用空调热敏电阻工作原理 深圳威敏通电子科技有限公司 （1）．膨胀式温度传感器 膨胀式温度传感器是根据物体热胀冷缩原理制成的。根据膨胀物质的形态又分为固体膨胀 式和液体膨胀式两大类水银温度计是利用水银液体的热胀冷缩性质来测温的，属于液体膨胀式温度计双金属温度计属于固体膨胀式温度计双金属温度计的测温元件是用线膨胀系数相差较大的两种不同金属材料叠焊在一起制成的。由于两个金属片的线膨帐系数不—样当温度升高时，双金属片将向膨胀系数小的一侧弯曲，温升越高，弯曲就越大。图2．1所示为双金属温度计原理图，它是利用双金属片形变位移的大小与温度变化成正比的关系，通过杠杆放大机构带动指针，指小出温度值。同时通过杠杆带动记录指针(笔)，在匀速前进的记录纸上自动汜录出所测温度。双金属温度汁结构简单，机械强度大，价格低廉，但其精度低， 量程和使用范围有限。 (2)压力式温度传感器 利用感温物质的压力随温度的变化而变化的性质来测量温度，是压力式温度传感器的基本测温原理。 (3)热电阻式温度传感器 热电阻式温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度增高而增大，称具有正的温度系数；而半导体热敏电阻的阻值一般随温度升高而减小称具有负的温度系数。由于导体和半导体的电阻阻值随温度变化，因此，测量它们的电阻值，便可测出相应的温度铜热电阻的特点是它的电阻值与温度的关系足线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料 容易提纯，价格比较便宜：但它的电阻率低，精度不高，高温时易氧化，化学稳定性差； 所以在温度不高、对传感器体积没有特殊限制时，可以使用铜热电阻。用半导体热敏电阻作温度传感器日趋广泛，半导体热敏电阻分度号有两种：NTC(负温度系
基于MSP430的极低功耗系统设计
基于MSP430的极低功耗系统设计 摘要：MSP430是TI公司出品的一款强大的16位单片机，其显著特点是具有极低的功耗。本文对构造以MSP430为基础极低功耗系统作为有益的探讨，对于设计各种便携式设备都具有较高的参考价值。 对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV2f，其中C为系统的负载电容，V为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑到不影响系统性能前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对TI公司新出MSP430来具体探讨这个问题。 MSP430具有工业级16位RISC，其I/O和CPU可以运行在不的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流160μA,备用时为0.1μA，功耗低，为设计低功耗系统提供了有利的条件。 图1是我们设计的以MSP430为CPU的“精密温度测试仪”（下面简称测试仪）。该产品使用电池供电，体积小巧，携带方便。 在使用时应该尽可能地选择最低的电源电压。对于MSP430而言，可用的最低电压是很低的，最低可达1.8V。我们使用TI公司推荐使用的3V。通常的电源只提供5V电压，因此，需要将5V电压由一个3V的稳压管降压后给CPU供电，也可以直接锂电池供电。3V不是标准的TTL电平，因此，在使用时需要用接口电路使CPU的非TTL标准电平能与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。或者直接使用支持3V电压的外围芯片。图1 （2）时钟频率 从低功耗的角度看，需要较低的频率，但是在实时应用中为了快速响应外部事件
热敏打印技术可行性分析
. 可行性报告 热敏打印技术 二〇一五年一月
目录 一、项目背景 (3) 二、热敏打印与热转印打印方式比较 (3) 1.热敏打印机 (4) 2.热转印 (4) 三、一种热敏打印机的原理 (5) 1.系统组成 (5) 2.热敏打印工作原理 (5) 3.硬件设计 (6) 3.1 主控器件 (6) 3.2 热敏打印头过热保护模块 (7) 3.3 步进电机驱动模块 (7) 3.4 数据加载 (8) 四、热敏打印头的工艺 (8) 1.加热元件形状 (9) 2.发热体阻值的比较 (9) 五、智能热敏打印头 (10) 六、热敏打印技术的发展趋势 (11)
一、项目背景 热敏打印技术就是通过热敏打印头将打印介质上的热敏材料熔化变色，生成所需的文字和图形。热转印从热敏技术发展而来，它通过加热转印色带，使涂敷于色带上的墨转印到纸上形成图像。 热敏打印技术的关键在于加热元件，热敏打印机芯上有一排微小的半导体元件，这些元件排得很密，从200dpi到600dpi不等，这些元件在通过一定电流时会很快产生高温，当热敏纸的涂层遇到这些元件时，在极短的时间内温度就会升高，热敏纸上得涂层就会发生化学反应，现出颜色。 热敏打印机接收到打印数据后，将打印数据转换为位图数据，然后按照位图数据的点控制打印机芯上的发热元件通过电流，有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。加热是由与热敏材料相接触的打印头上的一个小电子加热器提供的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑控制，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而能在整个标签或纸张上印出图形。 最普遍的热敏打印机使用一种带加热点阵的固定打印头，打印头设有320个方点,每一点为0.25mm×0.25mm。利用这种点阵，打印机可把打印点在热敏纸的任意位置上。这种技术已用于纸张打印机和标签打印机上。 热敏打印技术最早使用在传真机上，其基本原理是将打印机接收的数据转换成点阵的信号控制热敏单元的加热，把热敏纸上热敏涂层加热显影。目前，热敏打印技术已在POS终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用，并且拥有良好的发展前景。 热敏打印方式的结构非常简单、维护方便，相对于传统的针式打印机有不言而喻的优点。但由于热敏纸的保存性不佳，因此主要应用于对保存性要求不高的场合。但是随着热敏纸技术的发展，热敏纸的保存性也在逐步提高，目前已经出现了保存期为30-50年的热敏纸。随着热敏纸保存时间的提高，热敏打印方式的应用领域也在不断扩大。 二、热敏打印与热转印打印方式比较 热敏打印与热转印是条码打印机的两种打印方法。每种方法都使用热敏打印头对打印表面加热。热转印是通过加热色带，在多种材料上打印出耐用、持久的图案。热敏打印不使用色带，而是直接在标签材料上打印图案。 热敏打印与热转印是最佳的条形码打印技术，因为它们可以简便应用在多种黏性标签材料上,并以出色的边缘定义打印出准确、高品质的图案。每种技术都能够以相同的打印清晰度和速度,产生一维、二维的带有图案和文本字体的条形码符号。
基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程
https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html,/inform ation/snug/2009/low-power-impleme ntation-flow-based-ieee1801-upf 基于IEEE1801(UPF)标准的低功耗设计实现流程 Low-power Implementation Flow Based IEEE1801 (UPF) 郭军, 廖水清, 张剑景 华为通信技术有限公司 jguo@https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html, liaoshuiqing@https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html, zhangjianjing@https://www.360docs.net/doc/0e9044857.html, Abstract Power consumption is becoming an increasingly important aspect of ASIC design. There are several different approaches that can be used to reduce power. However, it is important to use these low-power technology more effectively in IC design implementation and verification flow. In our latest low-power chip, we completed full implementation and verification flow from RTL to GDSII successfully and effectively by adopting IEEE1801 Unified Power Format (UPF). This paper will focus on UPF application in design implementation with Synopsys low power solution. It will highlight that how to describe our low-power intent using UPF and how to complete the design flow. This paper first illustrates current low-power methodology and UPF?s concept. Then, it discussed UPF application in detail. Finally, it gives our conclusion. Key words: IEEE1801, UPF, Low-Power, Shut-Down, Power Gating, Isolation, IC-Compiler 摘要
热敏打印头相关原理与注意事项
热敏打印头控制方式浅谈 目前我们项目中使用的热敏打印头主要是两种：FTP-628MCL103（2英寸。对应项目：1210/1230，1510，1240)和FTP-638MCL101(3英寸。对应项目：1310)。对打印头的控制可以说是一个热敏打印机的最核心部分。本文将对电机、加热、报警等方面的各种控制方式做一个简单的叙述。 电机控制 FTP系列打印头使用步进电机进行转动控制。 所谓步进电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 628与639两种打印头在电机上并无区别。根据打印头资料，可以知道，打印头排线有4个引脚用于控制步进电机。下图给出了控制电机转动的时序图。原理并不复杂，用于控制电机相位的4个信号线（A，B，nA，nB）需依次加电。一个完整的周期可以分为8个部分，对应电机的相位分别应该在A，AB，B，BnA，nA，nAnB，nB，nBA。要实现这样的时序也不是难事。目前我们采用过两种方法来实现。 1．使用定时器来控制。系统内置一个定时器（定时器周期为1/4点行周期），再设置一个以8为模的累加器。每次定时器触发根据当前累加 器的值对4根信号线分别加电。 2．使用PWM来控制。许多CPU都支持PWM输出。用PWM可以很容
常用低功耗设计
随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又将导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已经成为深亚微米集成电路设计中的一个非常重要的考虑因素。为了使产品更具有竞争力，工业界对芯片设计的要求已从单纯的追求高性能、小面积，转换为对性能、面积、功耗的综合要求。微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有非常重要的意义。 本文首先介绍了微处理器的功耗来源，重点介绍了常用的低功耗设计技术，并对今后低功耗微处理器设计的研究方向进行了展望。 1 微处理器的功耗来源 研究微处理器的低功耗设计技术，首先必须了解其功耗来源。高层次仿真得出的结论如图1所示。 从图1中可以看出，时钟单元(Clock)功耗最高，因为时钟单元有时钟发生器、时钟驱动、时钟树和钟控单元的时钟负载;数据通路(Datapath)是仅次于时钟单元的部分，其功耗主要来自运算单元、总线和寄存器堆。除了上述两部分，还有存储单元(Mem ory)，控制部分和输入/输出 (Control，I/O)。存储单元的功耗与容量相关。 如图2所示，C MOS电路功耗主要由3部分组成：电路电容充放电引起的动态功耗，结反偏时漏电流引起的功耗和短路电流引起的功耗。其中，动态功耗是最主要的，占了总功耗的90%以上，表达式如下： 式中：f为时钟频率，C1为节点电容，α为节点的翻转概率，Vdd为工作电压。
2 常用的低功耗设计技术 低功耗设计足一个复杂的综合性课题。就流程而言，包括功耗建模、评估以及优化等;就设计抽象层次而言，包括自系统级至版图级的所有抽象层次。同时，功耗优化与系统速度和面积等指标的优化密切相关，需要折中考虑。下面讨论常用的低功耗设计技术。 2.1 动态电压调节 由式(1)可知，动态功耗与工作电压的平方成正比，功耗将随着工作电压的降低以二次方的速度降低，因此降低工作电压是降低功耗的有力措施。但是，仅仅降低工作电压会导致传播延迟加大，执行时间变长。然而，系统负载是随时间变化的，因此并不需要微处理器所有时刻都保持高性能。动态电压调节DVS (Dynarnic Voltage Scaling)技术降低功耗的主要思路是根据芯片工作状态改变功耗管理模式，从而在保证性能的基础上降低功耗。在不同模式下，工作电压可以进行调整。为了精确地控制DVS，需要采用电压调度模块来实时改变工作电压，电压调度模块通过分析当前和过去状态下系统工作情况的不同来预测电路的工作负荷。 2.2 门控时钟和可变频率时钟 如图1所示，在微处理器中，很大一部分功耗来自时钟。时钟是惟一在所有时间都充放电的信号，而且很多情况下引起不必要的门的翻转，因此降低时钟的开关活动性将对降低整个系统的功耗产牛很大的影响。门控时钟包括门控逻辑模块时钟和门控寄存器时钟。门控逻辑模块时钟对时钟网络进行划分，如果在当前的时钟周期内，系统没有用到某些逻辑模块，则暂时切断这些模块的时钟信号，从而明显地降低开关功耗。图3为采用“与”门实现的时钟控制电路。门控寄存器时钟的原理是当寄存器保持数据时，关闭寄存器时钟，以降低功耗。然而，门控时钟易引起毛刺，必须对信号的时序加以严格限制，并对其进行仔细的时序验证。 另一种常用的时钟技术就是可变频率时钟。根据系统性能要求，配置适当的时钟频率，避免不必要的功耗。门控时钟实际上是可变频率时钟的一种极限情况(即只有零和最高频率两种值)，因此，可变频率时钟比门控时钟技术更加有效，但需要系统内嵌时钟产生模块PLL，增加了设计复杂度。去年Intel公司推出的采用先进动态功耗控制技术的Montecito处理器，就利用了变频时钟系统。该芯片内嵌一个高精度数字电流表，利用封装上的微小电压降计算总电流;通过内嵌的一个32位微处理器来调整主频，达到64级动态功耗调整的目的，大大降低了功耗。
第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计
第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计 热敏打印机是利用发热元件产生热量，使紧贴在其表面的热敏纸迅速变色，从而在纸上形成相应点阵字符或图形的一种打印机。相对于针式、笔式打印机，热敏打印机具有结构简单、体积小、重量轻、噪声小、功耗低、印字质量高、价格便宜、运行成本较低及使用可靠等一系列优点。已越来越广泛地应用于医疗仪器、银行柜员机及POS终端等各种便携式计算机系统和智能化设备中，被认为是最合适的便携式硬拷贝输出设备。本章以精工（SEIKO）SII生产的一款高速热敏打印机LTPA245为例，介绍一种通用热敏打印机的驱动设计。 8.1 热敏打印机的工作原理 8.1.1 热敏打印机结构原理 热敏式打印机的关键部件是打印头。它包含很多微型发热元件，这些发热元件一般采用集成电路工艺和光刻技术，通过物理化学方法在陶瓷基片上加工制成。为防止发热元件与热敏纸接触时产生的磨损，表面涂了一层类似玻璃的保护膜。目前的工艺水平已将发热元件的密度做到8点/mm (分辨率达200dpi)、16点/mm，甚至更高。在印字速度低于100cps时，热敏头寿命可达1亿字符，或记录纸滑行30km的可靠性。热敏打印机所用的打印纸不是普通纸，而是经特殊处理过的感热记录纸。这种记录纸是将两种混合成份材料涂复在纸上而成，基层纸上涂有一层几微米厚的白色感热生色层。在这个感热生色层上涂有无色染料和特殊生色剂。为使他们能有效地附在纸上，在它们周围的空隙里还填充有粘合剂。感热生色层一经加热，生色剂立即熔化，并熔进无色染料中，引起化学反应显出颜色，这一过程仅需几个毫秒即可完成。 由于感热记录纸是受热后材料熔融引起化学反应而呈现颜色，如温度过高，新的合成物质被分解，颜色又会消失。另外，这种物质在光的长时间作用下也会自动分解，所以感热记录纸不能长期保存。虽然热敏打印机对打印纸有特殊要求，但是这种记录纸价格并不贵，无需像针打那样经常要更换色带。因此，越来越多的智能化仪器仪表采用热敏打印机作为输出设备。 8.1.2 热敏打印机设计中需要注意的问题 为实现高品质的打印，在设计热敏打印机电路和控制时序时必须注意三个问题： 1. 常能量控制 常能量控制指的是打印头上每一个发热元件发出的热量要相同，且保持一个常量，否则打印出的字符颜色有深有浅，影响打印效果。发热元件每次发出的热量，除了与发热元件流过的电流的大小和持续时间有关外，还与其本身的余热（如果前次已经通电发热）有关。它的余热直接影响下一次发热元件传给打印纸的热量，从而影响打印效果。因此，热敏打印机电路除了要检测环境温度外，还要记录每一个发热元件前一次状态，甚至前几次的通电发热的状态，以决定本次究竟要给出多大热量（可以通过控制通电时间来确定）。打印速度越快，这个问题就越重要。 2. 大电流脉冲控制 由于打印时要同时激励的发热元件可能会很多，如一个分辨率为8点/mm，打印宽度为72mm的打印头，一点行上要排列8×72 = 576个发热元件。尽管每个发热元件只要几十毫安的电流，但若同时激励这些发热元件，总电流就很可观了，而且这种脉冲式的电流谐波分量极其丰富，会给其它电路带来很大的干扰，甚至使打印电路失控，烧毁打印头发热元件。 150