熱敏打印頭的控制

熱敏打印頭（TPH，Thermal Print Head）作為各種熱敏票據(jù)打印機(jī)、條碼打印機(jī)、標(biāo)簽打印機(jī)等的核心部件，起著關(guān)鍵的作用。本文詳細(xì)介紹熱敏打印頭如何通過(guò)打印端口來(lái)打印圖像。

概要

將計(jì)算機(jī)中的一個(gè)圖像，分解為輸出用的線形圖像數(shù)據(jù)，分別發(fā)送至打印頭。對(duì)于線性圖像中的每一個(gè)點(diǎn)，打印頭會(huì)分別分配一個(gè)加熱點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)。打印頭只有安裝在熱敏打印機(jī)上才能發(fā)揮打印功能。在進(jìn)行時(shí)打印前一定要將熱敏紙壓在打印頭上，然后預(yù)先將紙?jiān)O(shè)定在打印位置。

雖然打印頭只能打印點(diǎn)，但要打印復(fù)雜的東西如曲線、條碼或圖片必須由計(jì)算機(jī)軟件或打印機(jī)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(xì)，使線條中的內(nèi)容都成為一個(gè)個(gè)的點(diǎn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)你可以將加熱點(diǎn)想象成一個(gè)“方形的”點(diǎn)，最小的寬度可以與加熱點(diǎn)之間的間距相同。例如，最常見(jiàn)的打印頭分辦率為8點(diǎn)/毫米，節(jié)距應(yīng)當(dāng)為0.125mm，即每毫米加熱線有8個(gè)加熱點(diǎn)，相當(dāng)于每英寸可打印203個(gè)點(diǎn)或203行。

驅(qū)動(dòng)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(kāi)、關(guān)加熱點(diǎn)，通過(guò)傳入IC中的信號(hào)指示每個(gè)加熱點(diǎn)是否打印。由打印機(jī)發(fā)出一個(gè)選通脈沖信號(hào)，確定電流流過(guò)的時(shí)間。

一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC中有三個(gè)邏輯層：通過(guò)位移寄存器陣列接收數(shù)據(jù)，通過(guò)鎖存器陣列將數(shù)據(jù)凍結(jié)住，通過(guò)反和門陣列開(kāi)關(guān)加熱元件電流。以下的等效邏輯圖代表著一個(gè)控制64個(gè)加熱點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)IC。其他常用的IC型號(hào)有96、128、144和192點(diǎn)。

假設(shè)標(biāo)號(hào)為H1～H64的64個(gè)加熱點(diǎn)頂部連接到一個(gè)公共電壓源上，并由反和門列切換到地(GND)，如圖所示。控制信號(hào)從左側(cè)進(jìn)入IC，從右側(cè)出去。其他IC與此IC的左側(cè)和右側(cè)相連，構(gòu)成整個(gè)打印頭。上面顯示的DATA OUT成為右面下一個(gè)IC的DATA IN。數(shù)據(jù)加載的方向是從左到右(在你看打印頭時(shí)，加熱線面向你，連接器朝向你或朝下)。一些信號(hào)名字上面的線表示它們?yōu)椤暗蛻B(tài)有效信號(hào)”，文字表示為L(zhǎng)ATCH和STROBE。

打印頭的工作流程

此圖顯示了在打印三行內(nèi)容時(shí)的工作流程。數(shù)據(jù)位為“高”則表示打印，為“低”則表示不打印。打印機(jī)在DATA IN管腳發(fā)送一個(gè)信號(hào)，并向CLOCK管腳發(fā)送脈沖。打印頭將高位脈沖數(shù)據(jù)位復(fù)制到最左邊的位移寄存器中。其他位移寄存器中的數(shù)據(jù)位依次向右移位，為它留出空間。打印機(jī)重復(fù)這一步驟，重復(fù)的次數(shù)等于打印頭加熱點(diǎn)的數(shù)目。然后向\LATCH管腳發(fā)出低位脈沖，打印頭將所有的數(shù)據(jù)位復(fù)制到鎖存器中。接著判斷\STROBE和BEO管腳的狀態(tài)，然后，電流流入所有鎖存器中具有高數(shù)據(jù)位且、完好的加熱點(diǎn)中，直到\STROBE為低位、BEO為高位的情況發(fā)生改變?yōu)橹?。如果接?加熱時(shí)間)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)將加熱點(diǎn)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(hù)功能起到使加熱終止的作用。在送電、斷電時(shí)，打印機(jī)控制電路可能會(huì)不穩(wěn)定，隨意地判斷管交的低和高，但一般不會(huì)在兩個(gè)上面同時(shí)發(fā)生。如上圖所示，一旦數(shù)據(jù)鎖存，即使上一行仍在打印中，控制電路也可以開(kāi)始加載下一行的數(shù)據(jù)。嚴(yán)格來(lái)講，打印頭并不知道紙張的移動(dòng)。對(duì)于加入了歷史控制或灰度打印的打印機(jī)，在同一打印行上作為打印控制的補(bǔ)充可以向加熱點(diǎn)發(fā)出幾套數(shù)據(jù)脈沖。

數(shù)據(jù)輸入順序

這是將要打印(輸入)的一個(gè)6點(diǎn)打印行的圖示。

這是發(fā)出第一個(gè)脈沖后的狀況。

在發(fā)出5個(gè)脈沖后，六個(gè)數(shù)據(jù)位被全部輸入。

下一步，打印機(jī)必須向\LATCH管腳發(fā)出脈沖，將數(shù)據(jù)位復(fù)制到鎖存器中。

然后，讓\STROBE在低位保持一段時(shí)間。假設(shè)BEO同時(shí)保持高位，則四個(gè)具有高位數(shù)據(jù)的加熱點(diǎn)處于接通狀態(tài)，而且只要\STROBE保持于低位、加熱點(diǎn)完好，電流就會(huì)一直通過(guò)，保持加熱狀態(tài)。

一些低端的打印頭(如京瓷KPB和KYT系列)沒(méi)有設(shè)置BEO管腳，在這種情況下，在設(shè)計(jì)打印頭的驅(qū)動(dòng)時(shí)要將BEO的接線端保持在高位狀態(tài)。對(duì)于某些系列，京瓷通過(guò)生產(chǎn)一種特制的柔性印刷電路，其特點(diǎn)是通過(guò)采用IC內(nèi)部的BEO信號(hào)來(lái)代替其IC內(nèi)部的\STOBE信號(hào)，＂激活高位＂STOBE管腳。

加熱點(diǎn)的編號(hào)設(shè)計(jì)

這里是一個(gè)典型的打印頭的略圖。加熱線面對(duì)著你，連接器位于底部。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚴菑淖笾劣?。紙移?dòng)的方向是從連接器向加熱線。如果你讀取打印輸出信號(hào)，并將＃1點(diǎn)定義為最左邊的加熱點(diǎn)，則＃1數(shù)據(jù)位必須是第一個(gè)被加載的數(shù)據(jù)位。加熱點(diǎn)的編號(hào)設(shè)計(jì)有著很重要的意義，但它與前面所示的驅(qū)動(dòng)IC等效回路上的通道編號(hào)設(shè)計(jì)是相反的。在下圖中，＃1數(shù)據(jù)位應(yīng)當(dāng)位于右邊，打印輸出面向下。

多路選通設(shè)計(jì)

打印頭常常設(shè)計(jì)有多個(gè)選通。每個(gè)選通連接至一個(gè)或多個(gè)相鄰的驅(qū)動(dòng)器IC。通過(guò)逐一分別啟動(dòng)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(shí)打印的最大點(diǎn)數(shù)的問(wèn)題也可以由多選通來(lái)解決。打印速度通常會(huì)減小，因?yàn)槊}沖周期時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以便啟動(dòng)所有的選通。但從一個(gè)選通切換到兩個(gè)選通不會(huì)降低打印速度，因?yàn)榧訜嵩枰鋮s時(shí)間，另一個(gè)選通組可以在這個(gè)時(shí)間里啟動(dòng)。使用多路選通的一個(gè)缺點(diǎn)是可能在選通組之間的邊界上發(fā)生可見(jiàn)的打印圖像中斷。當(dāng)打印頭配有多路選通時(shí)，它仍舊可以一起判斷，就如同打印頭只有一個(gè)選通插腳一樣。

例如，這是個(gè)高速條碼打印用途中使用的京瓷KPA-56-8MPA1打印頭的框圖。驅(qū)動(dòng)IC的編號(hào)為0～6，每個(gè)可以開(kāi)關(guān)64個(gè)加熱點(diǎn)，加熱點(diǎn)的編號(hào)為R1~R192(根據(jù)上述點(diǎn)編號(hào)的規(guī)定，Ｒ１為打印頭的最左邊),由STROBE3來(lái)控制，哪一個(gè)加熱點(diǎn)出現(xiàn)在打印紙的左側(cè)。一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電壓為24伏特的熱敏打印機(jī)為了降低峰值電流可以選擇依次啟動(dòng)三個(gè)選通組。

多數(shù)據(jù)輸入管腳

熱敏打印頭有時(shí)會(huì)有多個(gè)數(shù)據(jù)輸入管腳。每個(gè)數(shù)據(jù)輸入可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)相鄰的驅(qū)動(dòng)IC。如果有多個(gè)數(shù)據(jù)輸入管腳的話，一行打印數(shù)據(jù)的輸入就會(huì)更快一些。這對(duì)于那些每行需要打印多個(gè)數(shù)據(jù)、高分辦率的寬幅打印頭來(lái)說(shuō)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(huì)需要多個(gè)數(shù)據(jù)輸入管腳模式。

例如，這里是圖片打印機(jī)用途中使用的京瓷KYT-106-12MFW4打印頭的框圖。驅(qū)動(dòng)IC共有13個(gè)，編號(hào)為0～12。每個(gè)IC可以控制96個(gè)加熱元件。DATA-IN-1管腳將數(shù)據(jù)載入0～3號(hào)IC，計(jì)384個(gè)數(shù)據(jù)位。這些加熱元件的編號(hào)為R865～R1248，打印打印頭最右側(cè)的數(shù)據(jù)。DATA-IN-2和DATA-IN-3可分別將384個(gè)數(shù)據(jù)位載入到4個(gè)驅(qū)動(dòng)器IC中。DATA-IN-4只能載入IC＃12。所有的IC都是由同一個(gè)\STROBE來(lái)控制。