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    3. 熱敏打印頭的控制

      發布時間: 2011-04-23 08:39 字號:

      熱敏打印頭(TPH,Thermal Print Head)作為各種熱敏票據打印機、條碼打印機、標簽打印機等的核心部件,起著關鍵的作用。本文詳細介紹熱敏打印頭如何通過打印端口來打印圖像。

      概要

      將計算機中的一個圖像,分解為輸出用的線形圖像數據,分別發送至打印頭。對于線性圖像中的每一個點,打印頭會分別分配一個加熱點與之對應。打印頭只有安裝在熱敏打印機上才能發揮打印功能。在進行時打印前一定要將熱敏紙壓在打印頭上,然后預先將紙設定在打印位置。

      熱敏打印頭的控制原理

      雖然打印頭只能打印點,但要打印復雜的東西如曲線、條碼或圖片必須由計算機軟件或打印機分解為線形行??梢韵胂笠幌聦D像切割為線條,如上圖所示。線條必須非常細,使線條中的內容都成為一個個的點。簡單地說你可以將加熱點想象成一個“方形的”點,最小的寬度可以與加熱點之間的間距相同。例如,最常見的打印頭分辦率為8點/毫米,節距應當為0.125mm,即每毫米加熱線有8個加熱點,相當于每英寸可打印203個點或203行。

      驅動IC等效邏輯回路

      打印頭上集成有集成電路,安裝在沿著加熱線的陶瓷基板上。IC可以開、關加熱點,通過傳入IC中的信號指示每個加熱點是否打印。由打印機發出一個選通脈沖信號,確定電流流過的時間。

      一個驅動IC中有三個邏輯層:通過位移寄存器陣列接收數據,通過鎖存器陣列將數據凍結住,通過反和門陣列開關加熱元件電流。以下的等效邏輯圖代表著一個控制64個加熱點的驅動IC。其他常用的IC型號有96、128、144和192點。

      熱敏打印頭驅動器IC的原理圖

      假設標號為H1~H64的64個加熱點頂部連接到一個公共電壓源上,并由反和門列切換到地(GND),如圖所示??刂菩盘枏淖髠冗M入IC,從右側出去。其他IC與此IC的左側和右側相連,構成整個打印頭。上面顯示的DATA OUT成為右面下一個IC的DATA IN。數據加載的方向是從左到右(在你看打印頭時,加熱線面向你,連接器朝向你或朝下)。一些信號名字上面的線表示它們為“低態有效信號”,文字表示為LATCH和STROBE。

      打印頭的工作流程

      熱敏打印頭數據輸入順序

      此圖顯示了在打印三行內容時的工作流程。數據位為“高”則表示打印,為“低”則表示不打印。打印機在DATA IN管腳發送一個信號,并向CLOCK管腳發送脈沖。打印頭將高位脈沖數據位復制到最左邊的位移寄存器中。其他位移寄存器中的數據位依次向右移位,為它留出空間。打印機重復這一步驟,重復的次數等于打印頭加熱點的數目。然后向\LATCH管腳發出低位脈沖,打印頭將所有的數據位復制到鎖存器中。接著判斷\STROBE和BEO管腳的狀態,然后,電流流入所有鎖存器中具有高數據位且、完好的加熱點中,直到\STROBE為低位、BEO為高位的情況發生改變為止。如果接通(加熱時間)時間過長,則會將加熱點燒壞,損壞熱敏打印頭。大部分的熱敏打印頭都是將BEO作為保護功能起到使加熱終止的作用。在送電、斷電時,打印機控制電路可能會不穩定,隨意地判斷管交的低和高,但一般不會在兩個上面同時發生。如上圖所示,一旦數據鎖存,即使上一行仍在打印中,控制電路也可以開始加載下一行的數據。嚴格來講,打印頭并不知道紙張的移動。對于加入了歷史控制或灰度打印的打印機,在同一打印行上作為打印控制的補充可以向加熱點發出幾套數據脈沖。

      數據輸入順序

      這是將要打印(輸入)的一個6點打印行的圖示。

      熱敏打印頭移位電阻器的熱傳輸

      這是發出第一個脈沖后的狀況。

      熱敏打印頭單相移位電阻器的熱傳輸

      在發出5個脈沖后,六個數據位被全部輸入。

      熱敏打印頭具有五個額外脈沖的移位電阻器的熱傳輸

      下一步,打印機必須向\LATCH管腳發出脈沖,將數據位復制到鎖存器中。

      熱敏打印頭從移位電阻器到鎖存器的數據輸出

      然后,讓\STROBE在低位保持一段時間。假設BEO同時保持高位,則四個具有高位數據的加熱點處于接通狀態,而且只要\STROBE保持于低位、加熱點完好,電流就會一直通過,保持加熱狀態。

      熱敏打印頭選通加熱

      一些低端的打印頭(如京瓷KPB和KYT系列)沒有設置BEO管腳,在這種情況下,在設計打印頭的驅動時要將BEO的接線端保持在高位狀態。對于某些系列,京瓷通過生產一種特制的柔性印刷電路,其特點是通過采用IC內部的BEO信號來代替其IC內部的\STOBE信號,"激活高位"STOBE管腳。

      加熱點的編號設計

      這里是一個典型的打印頭的略圖。加熱線面對著你,連接器位于底部。數據傳輸的方向是從左至右。紙移動的方向是從連接器向加熱線。如果你讀取打印輸出信號,并將#1點定義為最左邊的加熱點,則#1數據位必須是第一個被加載的數據位。加熱點的編號設計有著很重要的意義,但它與前面所示的驅動IC等效回路上的通道編號設計是相反的。在下圖中,#1數據位應當位于右邊,打印輸出面向下。

      熱敏打印頭數據傳輸的方向

      多路選通設計

      打印頭常常設計有多個選通。每個選通連接至一個或多個相鄰的驅動器IC。通過逐一分別啟動選通組,可明顯地降低最大電流,從而允許使用較小的電源或電池。共用壓降和可同時打印的最大點數的問題也可以由多選通來解決。打印速度通常會減小,因為脈沖周期時間必須足夠長,以便啟動所有的選通。但從一個選通切換到兩個選通不會降低打印速度,因為加熱元件需要冷卻時間,另一個選通組可以在這個時間里啟動。使用多路選通的一個缺點是可能在選通組之間的邊界上發生可見的打印圖像中斷。當打印頭配有多路選通時,它仍舊可以一起判斷,就如同打印頭只有一個選通插腳一樣。

      例如,這是個高速條碼打印用途中使用的京瓷KPA-56-8MPA1打印頭的框圖。驅動IC的編號為0~6,每個可以開關64個加熱點,加熱點的編號為R1~R192(根據上述點編號的規定,R1為打印頭的最左邊),由STROBE3來控制,哪一個加熱點出現在打印紙的左側。一臺驅動電壓為24伏特的熱敏打印機為了降低峰值電流可以選擇依次啟動三個選通組。

      56mm 200dpi 熱敏打印頭的框圖

      多數據輸入管腳

      熱敏打印頭有時會有多個數據輸入管腳。每個數據輸入可以對應一個或多個相鄰的驅動IC。如果有多個數據輸入管腳的話,一行打印數據的輸入就會更快一些。這對于那些每行需要打印多個數據、高分辦率的寬幅打印頭來說是非常有必要的。帶有歷史控制和灰度打印的熱敏打印頭,一般會需要多個數據輸入管腳模式。

      例如,這里是圖片打印機用途中使用的京瓷KYT-106-12MFW4打印頭的框圖。驅動IC共有13個,編號為0~12。每個IC可以控制96個加熱元件。DATA-IN-1管腳將數據載入0~3號IC,計384個數據位。這些加熱元件的編號為R865~R1248,打印打印頭最右側的數據。DATA-IN-2和DATA-IN-3可分別將384個數據位載入到4個驅動器IC中。DATA-IN-4只能載入IC#12。所有的IC都是由同一個\STROBE來控制。

      106mm 300dpi 熱敏打印頭的框圖

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