Thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USART

Thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USARTThiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USART

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - QUÁCH VĂN PHI THIẾT KẾ MÁY IN HÓA ĐƠN SỬ DỤNG GIAO THỨC USART Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2016 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NGỌC MINH Phản biện 1: PGS.TS LÊ NHẬT THĂNG Phản biện 2: PGS.TS BẠCH NHẬT HỒNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày 20 tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU Hiện hình thức tốn ngày phong phú, thiết bị tính tiền đa dạng phổ biến lĩnh vực, ngành nghề kinh doanh Kéo theo nhu cầu xuất hóa đơn tốn cho khách hàng cần phải nhanh chóng tiện lợi nhằm tiết kiệm thời gian cho người kinh doanh khách hàng Trước với hoạt động kinh doanh bán hàng siêu thị, toán tiền cho khách hàng taxi,… hóa đơn thường người bán hàng hay lái xe ghi giấy nên thời gian cho hai bên Cơng việc hồn tồn thực tự động cách truyền nội dung tốn từ thiết bị tính tiền sang máy in để in hóa đơn cho khách hàng Hiện loại máy in hóa đơn thị trường đáp ứng phần nhu cầu người dùng, nhiên giá thành máy in hóa đơn đắt, nguồn gốc xuất xứ chất lượng chưa thực đảm bảo Trong năm gần ngành điện tử nước ta phát triển nhanh Việc tiếp cận với kiến thức, công nghệ đại dễ dàng cho người học tập nghiên cứu Trong lĩnh vực điện tử có nhiều giao thức phát triển ứng dụng truyền nhận liệu module, IC vi điều khiển, thiết bị điện tử máy tính,… USART, SPI, I2C,… Trong USART ứng dụng nhiều giao tiếp thiết bị điện tử với nhau, giao tiếp thiết bị điện tử với máy tính, với ưu điểm thiết lập kết nối đơn giản, sử dụng đường kết nối vật lý Từ vấn đề em lựa chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USART” nhằm thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao tiếp USART với tính chất lượng tốt Trong luận văn nghiên cứu thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao tiếp USART với chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Thiết kế thực thi phần cứng Chương 3: Thiết kế thực thi phần mềm Chương 4: Kết thảo luận 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Máy in hóa đơn Máy in hố đơn thiết bị có chức in hố đơn giấy, để in danh sách hàng hóa, giá cả, nội dung cần tốn Máy in hóa đơn trở thành thiết bị thiếu đại lý, nhà phân phối, siêu thị, kho hàng, cửa hàng bán lẻ Dựa vào cơng nghệ in, máy in hóa đơn chia làm hai loại máy in kim máy in nhiệt Máy in kim sử dụng ma trận kim in khắc chữ viết, hình ảnh lên giấy thông qua băng mực Ưu điểm máy in kim hóa đơn in đảm bảo chất lượng, khó bị hư hỏng khơng bị bay mực Nhược điểm công nghệ tốc độ in chậm phải thay băng mực cho máy in sử dụng hết Máy in nhiệt sử dụng đầu in nhiệt tác dụng lên giấy in nhiệt, đầu in nhiệt máy in nhiệt nóng lên làm nóng lớp hóa chất giấy in nhiệt hiển thị chữ viết, hình ảnh Máy in nhiệt khơng dùng mực in giấy in nhiệt có thành phần hợp chất để đầu in tác động nhiệt in chữ Ưu điểm máy in nhiệt tốc độ in nhanh, xác, khơng cần thay băng mực cho máy in Nhược điểm máy in nhiệt hóa đơn in dễ bị xước, bị hỏng lớp hóa chất giấy dễ bắt nhiệt Trong lĩnh vực điện tử có nhiều chuẩn giao tiếp phát triển ứng dụng truyền nhận liệu module, IC vi điều khiển, thiết bị điện tử máy tính,… Trong USART ứng dụng nhiều giao tiếp thiết bị điện tử với nhau, giao tiếp thiết bị điện tử với máy tính, với ưu điểm thiết lập kết nối đơn giản, sử dụng đường kết nối vật lý, tốc độ truyền liệu mức trung bình Chuẩn giao tiếp SPI ứng dụng nhiều giao tiếp vi điều khiển, vi điều khiển với IC với module, chuẩn giao tiếp SPI có tốc độ cao Với ưu điểm loại máy in hóa đơn nhiệt chuẩn giao tiếp USART, đề tài tác giả lựa chọn thiết kế máy in hóa đơn nhiệt với tính sau: - In liệu hóa đơn nhận thơng qua giao tiếp USART từ thiết bị tính tiền - Lưu ảnh lô gô nhớ flash phục vụ q trình in - In ảnh lơ gơ đơn vị kinh doanh hóa đơn - Nạp ảnh lô gô vào IC nhớ thông qua phần mềm máy tính - Thơng báo trạng thái hoạt động máy in thông qua đèn LED - Đẩy giấy in lại hóa đơn in trước thông qua nút bấm - Lưu trữ tham số cấu hình hoạt động máy in vào nhớ, cấu hình tham số hoạt động từ phần mềm máy tính 1.2 Giao tiếp truyền nhận nối tiếp USART 1.2.1 Giới thiệu giao tiếp truyền nhận nối tiếp USART Thuật ngữ USART tiếng anh viết tắt cụm từ: Universal Synchronous/Asynchronous Reveiver/Transmitter, nghĩa truyền nhận đồng bất đồng USART giao diện truyền thơng nối tiếp tích hợp máy tính nhiều dịng vi điều khiển hỗ trợ giao tiếp nối tiếp đồng bất đồng Khái niệm đồng để báo trước trình truyền Hai thiết bị kết nối với đường, đường liệu đường xung nhịp Đường xung nhịp kiểm soát thiết bị, tất bit truyền đồng với xung nhịp Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông bất đồng cần đường truyền cho trình (gửi liệu nhận liệu) Các tham số truyền nhận, khung liệu chuẩn hóa thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước liệu đến Từ ưu điểm truyền nhận đơn giản, sử dụng đường kết nối truyền thơng bất đồng bộ, luận văn tác giả lựa chọn ứng dụng chế độ truyền thông bất đồng để truyền nhận liệu máy in hóa đơn thiết bị tính tiền 1.2.2 Giao tiếp USART chế độ bất đồng Trong chế độ truyền nhận nối tiếp bất đồng sử dụng dây kết nối cho chiều truyền liệu để q trình truyền nhận liệu thành cơng việc tuân thủ tiêu chuẩn truyền quan trọng Sau khái niệm quan trọng chế độ truyền thông 7 Baud rate (tốc độ Baud): Là số bit truyền giây Frame (khung truyền): Bao gồm quy định số bit lần truyền, bit báo hiệu bit Start bit Stop, bit kiểm tra Parity, số lượng bit data quy định khung truyền Start bit: Là bit truyền khung truyền Data: Data hay liệu cần truyền thơng tin mà cần gửi nhận Parity bit: Là bit dùng kiểm tra liệu truyền không Stop bits: Là bit báo cho thiết bị nhận gói liệu gửi xong 1.3 Giao tiếp truyền nhận nối tiếp SPI 1.3.1 Giới thiệu giao tiếp SPI SPI (Serial Peripheral Interface – Giao diện ngoại vi nối tiếp) chuẩn đồng nối tiếp để truyền liệu chế độ song cơng tồn phần (full-duplex), cơng ty Motorola thiết kế nhắm đảm bảo liên hợp vi điều khiền thiết bị ngoại vi cách đơn giản SPI giao diện đồng bộ, q trình truyền đồng hóa với tín hiệu xung nhịp chung 1.3.2 Chuẩn truyền thơng SPI 1.3.2.1 Cấu trúc SPI Giao diện SPI thực thông qua Bus dây MISO, MOSI, SCK SS nên đơi SPI cịn gọi giao diện dây MISO – Master Input/ Slave Output MOSI – Master Output/ Slave Input SCK – Serial Clock SS – Slave Select 1.3.2.2 Truyền thông SPI Mô tả chế Giản đồ định thời giao tiếp SPI 1.3.2.3 SPI giao tiếp đồng Module SPI cho phép giao tiếp nối tiếp đồng vi xử lý với thiết bị ngoại vi 1.3.2.4 SPI giao tiếp trao đổi liệu Dữ liệu lúc truyền qua lại thiết bị SPI Khơng có khái niệm thiết bị phát hay thiết bị nhận giao tiếp SPI mà thiết bị có đường liệu, đường liệu vào đường liệu Dữ liệu truyền điều khiển xung SCK từ Master SPI có mode hoạt động, phụ thuộc vào cực tính pha xung đồng hồ SPI chế độ SPI chế độ SPI chế độ SPI chế độ 1.3.3 Các kiểu kết nối SPI 1.3.3.1 Kết nối điểm - điểm Đây kiểu kết nối giao tiếp SPI, master kết nối với slave 1.3.3.2 Kết nối nhiều Slave Kết nối song song Kết nối nối tiếp 1.3.3.3 Kết nối nhiều Master Kết nối nhiều master song song đến slave Kết nối hai master với 1.4 Kết luận chương Qua chương 1, ta tìm hiểu máy in hóa đơn hai loại giao tiếp USART, SPI Ta có thơng tin 10 tổng quát máy in hóa đơn, phân loại máy in ưu nhược điểm loại, khái niệm, đặc điểm, tính hai loại giao tiếp USART SPI Chương trình bay thiết kế phần cứng cho máy in hóa đơn 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THỰC THI PHẦN CỨNG Sơ đồ khối phần cứng máy in bao gồm khối sau: Hình 2.1: Sơ đồ khối phần cứng Phần cứng máy in hóa đơn bao gồm đầu in, vi điều khiển, nhớ, khối nguồn Chức khối: - Khối nguồn: Có chức cung cấp nguồn cho thiết bị - Vi điều khiển: Là xử lý trung tâm điều khiển hoạt động máy in, điều khiển đầu in thực in hóa đơn, giao tiếp với nhớ để lưu liệu, giao tiếp với thiết bị tính tiền để nhận liệu hóa đơn cần in 12 - Bộ nhớ: Là IC nhớ có chức lưu liệu - Đầu in: Có chức thực việc in hóa đơn điều khiển vi điều khiển - Nút bấm đèn LED: Gồm có nút bấm đèn LED hiển thị Có chức điều khiển thông báo trạng thái hoạt động máy in - Cổng kết nối với thiết bị tính tiền, máy tính: Gồm có dây (Dây đất, dây Tx dây Rx) sử dụng để kết nối máy in với thiết bị tính tiền máy tính 2.1 Vi điều khiển Vi điều khiển thực giao tiếp điều khiển hoạt động toàn thiết bị Từ yêu cầu kĩ thuật đề tài, tác giả lựa chọn vi điều khiển STM32F303CBT6, vi điều khiển hãng ST Microelectronic STM32F303CBT6 có số đặc điểm đáng lưu ý sau: - Sử dụng nhân 32 bit Cortex M4 - Tần số hoạt động lên tới 72MHz - Bộ nhớ flash 128 KB, nhớ SRAM: 48 KB - Dải điện áp hoạt động: từ 2,0V đến 3,6V - Hỗ trợ thạch anh nội lên tới 8MHz 13 - Hỗ trợ module thời gian thực - Hỗ trợ chế độ tiết kiệm lượng - Hỗ trợ ADC DAC 12 bit - Hỗ trợ DMA với 12 kênh DMA độc lập - Hỗ trợ giao tiếp truyền thông bao gồm USART, SPI, I²C, CAN, USB 2.2 Module đầu in Từ yêu cầu thiết kế, tác giả lựa chọn sử dụng module đầu in nhiệt có sẵn thị trường Module thiết kế để người sử dụng điều khiển thơng qua giao tiếp SPI 2.3 Bộ nhớ Yều cầu đề tài máy in lưu trữ ảnh lô gô phục vụ cho q trình in Mỗi lơ gơ có kích thước tối đa rộng 384 điểm ảnh, cao 384 điểm ảnh, dung lượng tối đa 18 KB Vì chíp nhớ flash phải có khả lưu trữ tối thiểu 54 KB Quá trình đọc liệu in cần nhanh nên chíp nhớ flash phải có tốc độ cao Để đáp ứng yêu cầu đọc tác giả định chọn chíp nhớ flash S25FL216K hãng Spansion 14 2.4 Mạch nguồn Máy in hóa đơn sử dụng cửa hàng kết nối với thiết bị tính tiền phương tiện giao thông xe taxi, xe bus Mạch nguồn thiết bị phải thiết kế để hạn chế khả phát sinh nhiễu làm ảnh hưởng tới thành phần máy in Ngoài ra, mạch nguồn cần phải thiết kế để đáp ứng tốt lượng tiêu thụ toàn mạch thực trình in 2.5 Sơ đồ nguyên lý khối phần cứng Đưa sơ đồ nguyên lý kết nối khối phần cứng máy in hóa đơn - Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển - đồ nguyên lý khối đầu in - Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động đầu in - Sơ đồ nguyên lý khối nhớ - Sơ đồ nguyên lý khối nút bấm đèn LED - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 2.6 Kết luận chương Chương đưa sơ đồ khối tổng quát phần 15 cứng máy in hóa đơn Lựa chọn linh kiện, module cho khối Tìm hiểu đặc điểm, tính khối cuối đưa sơ đồ nguyên lý khối Sang chương tiếp theo, sau xây dựng phần cứng cho máy in ta vào phần thiết kế phần mềm cho máy in 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC THI PHẦN MỀM 3.1 Yêu cầu thiết kế Những yêu cầu thiết kế phần mềm máy in hóa đơn: - Vi điều khiển giao tiếp với module đầu in thông qua giao tiếp SPI để thực in hóa đơn - Vi điều khiển giao tiếp với thiết bị tính tiền máy tính thơng qua giao tiếp USART để nhận liệu hóa đơn cần in nạp liệu ảnh lô gô - Vi điều khiển giao tiếp với chíp nhớ thơng qua giao tiếp SPI, thực lưu liệu ảnh vào chíp nhớ nạp ảnh lô gô thông qua phần mềm máy tính đọc liệu ảnh lơ gơ in hóa đơn - Thơng báo trạng thái hoạt động máy in thông qua đèn LED - Đẩy giấy in lại hóa đơn in trước nút bấm bấm bấm giữ giây - Lưu trữ tham số hoạt động máy in vào nhớ vi điều khiển, cấu hình tham số hoạt động từ phần mềm máy tính 17 3.2 Phần mềm cho thiết bị Phần mềm cho thiết bị thực nhiệm vụ: - Khởi động thiết bị ngoại vi, khởi tạo giao tiếp SPI với module đầu in, khởi tạo giao tiếp USART giao tiếp với thiết bị tính tiền, khởi tạo giao tiếp SPI với chíp nhớ - Đọc tham số hoạt động nhớ vi điều khiển - Đọc liệu ảnh lô gô chíp nhớ - Nhận liệu từ thiết bị tính tiền thực in hóa đơn tốn - Theo dõi trạng thái nút bấm thực chức tương ứng nút bấm bấm bấm giữ 3s - Điều khiển đèn LED nhấp nháy theo trạng thái hoạt động máy in Hoạt động phần mềm máy in bao gồm tiến trình: - Quá trình khởi động máy in - Các tác vụ thực theo chu kỳ theo kiện - Q trình nạp ảnh từ máy tính 18 3.3 Các lệnh cấu hình máy in điều khiển trình in Thiết kế số lệnh để phục vụ cho việc cấu hình chế độ hoạt động, kiểm tra hoạt động máy in điều khiển trình in 3.4 Giải thuật in liệu văn ảnh lơ gơ Trong q trình in, máy in in liệu lên giấy theo hàng điểm ảnh với hai màu đen trắng Máy in in 384 điểm ảnh theo bề ngang giấy in ứng với 384 bit 48 byte liệu Để in liệu văn ảnh lô gô cần chuyển đổi ký tự bảng chữ ảnh lô gô thành ma trận điểm ảnh Quy định bit biển diễn điểm màu trắng, bit biểu diễn điểm màu đen ta có ma trận bit 3.5 Thiết kế giao thức truyền nhận liệu ảnh lô gô phần mềm máy tính máy in Máy in lưu ảnh nhớ để phục vụ trình in Quy định 1, 2, để phân biệt ảnh lưu nhớ máy in Việc chuyển đổi liệu ảnh xử lý phần mềm máy tính liệu nhận sau xử lý 19 truyền xuống máy in thông qua giao tiếp USART theo giao thức đưa phần 3.5.1 Bản tin truyền từ máy tính  Bản tin yêu cầu nạp ảnh  Bản tin liệu ảnh  Bản tin kết thúc nạp ảnh 3.5.2 Bản tin truyền từ máy in  Bản tin phản hồi yêu cầu nạp ảnh  Bản tin phản hồi liệu ảnh  Bản tin phản hồi kết thúc nạp ảnh 3.6 Thiết kế phần mềm nạp ảnh cho máy in Phần mềm nạp ảnh cho máy in viết ngôn ngữ C sharp, sử dụng phần mềm Visual studio để thiết kế giao diện lập trình Các tính phần mềm gồm có: - Giao tiếp với máy in qua giao tiếp USART - Chuyển đổi ảnh bitmap đầu vào thành liệu lô gô cho máy in - Nạp ảnh cho máy in, số thứ tự ảnh nạp tùy chọn phần mềm - Cấu hình tham số hoạt động cho máy in 20 - Kiểm tra hoạt động máy in 3.7 Kết luận chương Chương đưa yêu cầu chức cần có máy in, giải thuật thực phần mềm Thiết kế lệnh cấu hình, lệnh điều khiển trình in Thiết kế giao thức sử dụng để nạp liệu ảnh lô gơ từ máy tính cho xuống máy in cuối thiết kế phần mềm nạp ảnh cho máy in máy tính Chương trình bày kết thảo luận đạt luận văn 21 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Các kết đạt 4.1.2 Phần cứng - Thiết bị hoạt động tốt với loại nguồn có điện áp từ 12V đến 24V - Kết nối với thiết bị tính tiền máy tính thơng qua giao tiếp USART 4.1.3 Phần mềm - Máy in thực in hóa đơn có ảnh lơ gơ, in chữ hoa, chữ thường - Có thể nạp ảnh cấu hình tham số hoạt động cho máy in thông qua phần mềm máy tính 4.2 Các vấn đề cần cải tiến máy in Đề tài đáp ứng yêu cầu đặt ra, nhiên để hoàn thiện nữa, sản phẩm đề tài cần cải tiến để có thêm nhiều chức năng, độ ổn định hoạt động Về chức năng, thiết bị nghiên cứu đề tài dừng lại chức bản: Giao tiếp với thiết bị tính tiền qua giao tiếp USART, in ảnh lơ gô, in liệu văn bản, lưu liệu ảnh lô gô nhớ flash 22 Một số chức khác nên bổ sung như: - In ảnh - In barcode - In nhiều loại font chữ - Cập nhật phần mềm thông qua phần mềm máy tính Về độ ổn định máy in, sử dụng với nguồn không ổn định dây kết nối máy in thiết bị tính tiền khơng ổn định máy in bị nhiễu, nhận liệu không dẫn đến in ký tự không Vấn đề khắc phục cách lọc nhiễu phần mềm thiết kế giao thức truyền nhận liệu in thiết bị tính tiền máy in để loại bỏ liệu không nhiễu gây 4.3 Hình ảnh sản phẩm Đưa hình ảnh sản phẩm thực đề tài 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu với hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Ngọc Minh, luận văn “Thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao thức USART” thực đầy đủ nội dung đề cương đăng ký Kết đạt - Luận văn nghiên cứu thiết kế máy in hóa đơn sử dụng giao tiếp USART với tính - Máy in hoạt động tốt với loại nguồn có điện áp từ 12V đến 24V - Máy in thực in hóa đơn có ảnh lơ gơ, in chữ hoa, chữ thường - Có thể nạp ảnh cấu hình tham số hoạt động cho máy in thơng qua phần mềm máy tính Hướng phát triển đề tài bổ xung thêm tính cho máy in in ảnh nền, in mã vạch, in nhiều loại font chữ, cập nhật phần mềm cho máy in thông qua phần mềm máy tính