CN105984241B - 热敏打印机及热敏打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热敏打印机，包括步进电机、热敏元件、受步进电机驱动带动热敏纸走纸的滚轴以及控制模块，所述控制模块包括：PWM定时控制器，用于产生PWM信号以控制步进电机转动；串行总线控制器，用于控制串行总线将打印数据通过串行总线传输至热敏元件；第一定时控制器，用于产生中断以启用串行总线传输所述打印数据；第二定时控制器，用于控制所述热敏元件的加热时长。本发明还涉及一种热敏打印方法。本发明通过配置PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器对打印过程进行控制，通过计算得出PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器的计数器值和比较值与打印速度和打印浓度的对应关系，实现了打印速度和打印浓度可调的热敏打印方式。

Description

热敏打印机及热敏打印方法

技术领域

本发明涉及印刷领域，特别是涉及一种热敏打印机。

背景技术

热敏打印仪的使用越来越广泛，其具有打印速度慢、噪音低，打印清晰，使用方便的特点。

传统的热敏打印机，打印速度不可任意调节(打印速度高噪声就大、打印速度慢耗时间)，打印浓度不可任意调节。且专用打印头价格比较高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够通过软件控制实现打印速度和打印浓度的调节的热敏打印方法。

一种热敏打印方法，包括下列步骤：读取字库；申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化；按照所需走纸速度设置好PWM定时控制器的预分频值和分频值，以及电机细分数；启动步进电机走纸至指定位置；在PWM定时控制器的控制下输出PWM信号，时间到后触发第一定时控制器的中断；解析需要打印的文字信息，读取字库的相应数据并转换成打印格式数据，通过串行总线将数据传输给热敏元件；按照所需的打印浓度设置好第二定时控制器的预分频值和分频值；第二定时控制器启动使热敏元件开始加热打印，时间到后触发第二定时控制器的中断，停止加热。

在其中一个实施例中，所述按照所需走纸速度设置好PWM定时控制器的预分频值和分频值，以及电机细分数的步骤中，走纸速度V＝Pclk/prescaler0/divider0/Tcntb0*subdividing/steps*rat*2πR*1000毫米/秒，且要保证V≤subdividing*rat*2πR/steps/(Tmax+TimeS)*1000毫米/秒；其中Pclk为外围总线的一个时钟周期，prescaler0为所述PWM定时控制器和第一定时控制器的预分频值，divider0为所述PWM定时控制器的分频值，Tcntb0为所述PWM定时控制器的计数器值，subdividing为电机细分数，rat为电机传动比，R为受步进电机驱动、并带动热敏纸走纸的滚轴的半径，steps为电机总步距，Tmax为热敏元件加热一列数据所允许的最长时间，TimeS为所述串行总线传输一列数据所需时间。

在其中一个实施例中，所述按照所需的打印浓度设置好第二定时控制器的预分频值和分频值的步骤中，要保证Tmax*(Pclk/prescaler2/divider2)不大于所述第二定时控制器的计数器值除以比较值能够取得的最大值；其中Tmax为热敏元件加热一列数据所允许的最长时间，Pclk为外围总线的一个时钟周期，prescaler2为所述第二定时控制器的预分频值，divider2为所述第二定时控制器的分频值。

在其中一个实施例中，所述串行总线为串行外设接口总线。

在其中一个实施例中，所述读取字库的步骤之后，所述申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化的步骤之前，还包括将读取的字库中的横向取模数据转换成纵向取模数据的步骤。

在其中一个实施例中，所述读取字库的步骤之后，所述申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化的步骤之前，还包括将读取的字库中的字体重新生成字库数组的步骤。

在其中一个实施例中，所述启动步进电机走纸至指定位置的步骤中，通过光敏传感器检测是否接收到热敏纸反射的光线，若未接收到则判定缺纸，中止打印。

还有必要提供一种热敏打印机。

一种热敏打印机，包括步进电机、热敏元件、受步进电机驱动带动热敏纸走纸的滚轴，以及控制模块，所述控制模块包括：PWM定时控制器，用于产生PWM信号以控制步进电机转动；串行总线控制器，用于将打印数据通过串行总线传输至热敏元件；第一定时控制器，用于产生中断以启用串行总线传输所述打印数据；第二定时控制器，用于调用中断以中止热敏元件的加热，从而控制所述热敏元件的加热时长。

在其中一个实施例中，还包括光敏传感器，所述热敏打印机在热敏纸正常走纸位置的下方设置黑色的黑标区，所述光敏传感器设置于所述黑标区上方。

在其中一个实施例中，所述滚轴为棉性滚轴。

上述热敏打印方法，通过配置PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器对打印过程进行控制，通过计算得出PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器的计数器值和比较值与打印速度和打印浓度的对应关系，再将这些对应关系存入打印机的配置文件中。当用户在进行打印设置时，根据前述对应关系列出简单的打印速度/浓度选项供用户选择，从而实现了打印速度和打印浓度可调的热敏打印方式。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是一实施例中热敏打印方法流程图；

图2是另一实施例中热敏打印方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是一实施例中热敏打印方法流程图，包括下列步骤：

S110，读取字库。

以24×24点阵的中文字体作为打印字体进行说明，24×24的字体占用的存储空间为24÷8×24＝72字节，再加上2字节的索引总共74字节，即每个中文字体占用的存储空间为74字节。

S120，申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化。

在本实施例中，串行总线控制器为串行外设接口(SPI)控制器。在其他实施例中，也可以为内部整合电路(Inter-Integrated Circuit)控制器等，具体要看热敏打印机采用哪种串行通讯总线。在本实施例中，采用步进电机控制热敏打印机走纸。

S130，按照所需走纸速度设置好PWM定时控制器的预分频值和分频值，以及电机细分数。

下文中会介绍电机细分数以及脉冲宽度调制(PWM)定时控制器的预分频值和分频值该如何取值。可以理解的，这些参数可以在进行打印前就预先设置好，也可以在打印过程中进行调整、重设。

S140，启动电机走纸至指定位置。

在本实施例中，在热敏纸正常走纸位置的下方设置黑色的黑标区，在热敏纸正常走纸时，会将一部分光线进行反射，在黑标区上方设置光敏传感器捕捉这一反射以判断是否缺纸。当缺纸时，黑标区上方无热敏纸覆盖，黑标区会将光线吸收，故光敏传感器接收不到纸张反射的光线，判定为缺纸。

在本实施例中，设置步进电机速度(即打印速度)为正常走纸速度，启动电机，检查光敏传感器信号。若是黑标区，则用默认速度让电机继续走纸，直至光敏传感器检测到纸张到位后停下。若电机走纸超过3cm距离仍然没有走出黑标区，则判定纸盘缺纸，中止打印。用户给打印机加纸后再次启动打印机，电机经过一个黑标后会检测到纸张并停下。

S150，在PWM定时控制器的控制下输出PWM信号，时间到后触发第一定时控制器的中断。

PWM定时控制器启动/复位后开始计时，到达比较值后触发中断。

S160，解析需要打印的文字信息，读取字库的相应数据并转换成打印格式数据，通过串行总线将数据传输给热敏元件。

解析文字信息，通过文字索引码值找到对应的点阵数组位置，将数据取出填充至文字坐标所在位置的缓冲区。按照这种方式一个个处理文字，直到一行文字处理完成。启动SPI控制器，通过SPI接口传送数据至打印头的热敏元件直至传输完成。

S170，按照所需的打印浓度设置好第二定时控制器的预分频值和分频值。

可以理解的，这些参数可以在进行打印前就预先设置好，也可以在打印过程中进行调整、重设。

S180，第二定时控制器启动使热敏元件开始加热打印，时间到后触发第二定时控制器的中断，停止加热。

P第二定时控制器启动/复位后开始计时，到达比较值后触发中断。

循环执行S160～S180的步骤，直至数据打印完成。通过调整PWM定时控制器输出的PWM信号周期，第一定时控制器和第二定时控制器从开始计时到触发中断的时长(即比较值)，步进电机的走纸速度等参数，就可以调整打印浓度和打印速度。具体介绍如下：

设电机的走纸速度为V，外围总线(Advanced Peripheral Bus，APB)的一个时钟周期为Pclk，PWM定时控制器timer0和第一定时控制器timer1的预分频值为prescaler0，timer0分频值为divider0，timer0的计数器值为Tcntb0，按照电机50％占空比要求，timer0的比较值为Tcntb0/2。对于PWM定时控制器timer0，其一个时钟周期Tclk＝Pclk/prescaler0/divider0，每经过一个时钟周期计时值Tcnt增加一，当计时值Tcnt大于或等于比较值时触发中断，管脚输出高电平；当Tcnt到达计数器值时，复位管脚输出为低电平，同时复位Tcnt，重新开始计时，触发下一个周期的定时，两个定时控制器同理。电机细分数为subdividing，电机总步距为steps，传动比为rat，受电机驱动、并带动热敏纸走纸的滚轴的半径为R。

第一定时控制器timer1分频值为divider1，且divider0＝divider1，timer1的计数器值为Tcntb1(仅仅触发中断因此timer1的比较值为Tcntb1)，第二定时控制器timer2预分频值为prescaler2，timer2分频值为divider2，timer2的计数器值为Tcntb2，timer2的比较值为Tcmpb2，TimeS为SPI传输热敏纸上一列数据所需时间。热敏点阵加热一列数据的时间长度为Tmin到Tmax(即打印浓度最浅时加热时间为Tmin、最浓时为Tmax)。

在本实施例中，timer0输出一次PWM脉冲，需要通过timer1中断启用SPI传输一次数据到热敏元件然后timer2启动加热，timer2到达比较值时调用中断停止加热。

根据PWM的计算公式，步进电机的走纸速度：

V＝Pclk/prescaler0/divider0/cntb0*subdividing/steps*rat*2πR*1000； (1)

其中乘以1000是因为要将国际单位制基本单位的米换算成毫米。

步进电机步进频率为：

Fpwm＝Pclk/prescaler0/divider0/Tcntb0； (2)

timer1频率为：

Ftimer1＝Pclk/prescaler0/divider1/Tcntb1； (3)

Fpwm＝Ftimer1； (4)

为了热敏元件能够处于最长加热时间，显示最浓的状态，则

Tmax+TimeS<＝1/Fpwm； (5)

由于控制热敏头加热的timer2比较值最小取值为：Tcmpb2＝1，Tmin根据实际调试过程显示最低浓度取值，则

1/(Pclk/prescaler2/divider2/Tcntb2)>＝Tmin； (6)

prescaler2*divider2*Tcntb2>＝Tmin*Pclk； (7)

为保证热敏头加热的稳定性，timer2需要控制的热敏头加热时间，则:

1/((Pclk/prescaler2/divider2)/Tcntb2*Tcmpb2)<Tmax； (8)

1/Ftimer2+TimeS<＝1/Ftimer1； (9)

Ftimer2为timer2的频率。

由公式(1)～(8)，得

prescaler2*divider2*Tcntb2/Tcmpb2>1/(Pclk*Tmax)； (10)

divider0/Tcntb0*subdividing＝divider1/Tcntb1； (11)

V<＝subdividing*rat*2πR/steps/(Tmax+TimeS)*1000； (12)

最大打印速度为:

Vmax＝subdividing*rat*2πR/steps/(Tmax+TimeS)*1000(毫米/秒)； (13)

timer2最大次数：

(Tcntb2/Tcmpb2)max＝Tmax*(Pclk/prescaler2/divider2) (14)

prescaler2*divider2*Tcntb2<＝prescaler0*divider1*Tcntb1 (15)

综合公式(1)、(10)、(11)、(13)，通过调整prescaler0*divider0*Tcntb0/subdividing使得步进电机的速度取值在(0，Vmax)之间，达到调整打印速度的目的。

通过公式(8)、(9)，使得(Tcntb2/Tcmpb2)取值在0到(Tcntb2/Tcmpb2)max之间调整，即可控制热敏元件的加热时间长度，从而达到调整打印浓度的目的。

其中，prescaler0、prescaler2的取值范围为0-255；divider0、divider1、divider2在2、4、8、16中进行取值；Tcntb0、Tcntb1、Tcntb2的取值范围为0-65535；对于步进电机，电机细分数subdividing在1、2、4、8、16中进行取值。

依据以上值的组合以及相应关系，将Tcntb0、Tcntb1、Tcntb2能够取的最大最小值分别存入配置文件，去掉交叉的部分。最终实现通过调整Tcntb0、Tcntb1、Tcntb2、Tcmpb2实现打印调速和打印浓度的调整。

在本实施例中，配置为Pclk＝101333333Hz、SPI传输一列数据144字节的时间TimeS＝56.7微秒，传动比rat为2:1，电机总步距为steps为200，滚轴半径R为0.007m，Tmax为5.0毫秒。

上述热敏打印方法，通过配置PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器对打印过程进行控制，通过计算得出PWM定时控制器、第一定时控制器及第二定时控制器的计数器值和比较值与打印速度和打印浓度的对应关系，再将这些对应关系存入打印机的配置文件中。当用户在进行打印设置时，根据前述对应关系，列出简单的选项供用户选择(例如打印速度：低——中——高各对应一组计数器值)，从而实现了打印速度和打印浓度可调的热敏打印方式。

在其中一个实施例中，步骤S110和S120之间还包括步骤S112：将读取的字库中的横向取模数据转换成纵向取模数据。

在该实施例中，打印输出的字体和走纸方向垂直，故需要将字体由横向转换成纵向。若是希望输出的字体和走纸方向平行，则不用转换。

在其中一个实施例中，步骤S110和S120之间还包括步骤S114：将读取的字库中的字体重新生成字库数组。

将字体生成数组编译进代码，可以提高执行效率。图2是另一实施例中热敏打印方法流程图。

在其中一个实施例中，一张热敏纸打印完成之后，还包括检测是否缺纸的步骤，若缺纸则中止打印并发出缺纸通知。在本实施例中，光敏传感器检测不到热敏纸反射的光线时，电机继续往前走纸，走纸3cm后仍没有接收到热敏纸反射的光线，则判定缺纸。

本发明还提供一种热敏打印机，包括步进电机，热敏元件，受步进电机驱动、带动热敏纸走纸的滚轴，以及控制模块。其中控制模块包括PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器及串行总线控制器。PWM定时控制器用于产生PWM信号以控制步进电机转动。串行总线控制器用于控制串行总线将打印数据通过串行总线传输至热敏元件。在其中一个实施例中，串行总线为SPI总线。第一定时控制器用于产生中断以启用串行总线传输打印数据。第二定时控制器用于调用中断以中止热敏元件的加热，从而控制热敏元件的加热时长。

具体地，PWM定时控制器输出PWM脉冲，第一定时控制器的计时到达比较值Tcntb1时产生中断，启动SPI传输一列打印数据给打印头的热敏元件。其中打印数据由打印机解析需要打印的文字信息，通过文字索引码值找到对应的点阵数组位置，将数据取出填充至文字坐标所在位置的缓冲区。按照这种方式一个个处理文字，直到一行文字处理完成。SPI传输数据完毕后，第二定时控制器启动使热敏元件开始加热打印，时间到后触发第二定时控制器的中断，停止加热。

如前文热敏打印方法中所述，通过调整prescaler0*divider0*Tcntb0/subdividing，使得步进电机的速度(即打印速度)在(0，Vmax)之间，达到调整打印速度的目的。通过调整Tmax*(Pclk/prescaler2/divider2)的取值，使其介于0至(Tcntb2/Tcmpb2)max之间，即可控制热敏元件的加热时间长度，从而达到调整打印浓度的目的。

在本实施例中，热敏打印机还包括光敏传感器，并在热敏纸正常走纸位置的下方设置黑色的黑标区，光敏传感器设置于所述黑标区上方。正常打印时，光敏传感器能够接收到热敏纸反射的光线；缺纸时，则光线被黑标区吸收，光敏传感器无法接收到，因此判定为缺纸，中止打印。

在其中一个实施例中，滚轴采用棉性滚轴，可以产生很大的摩擦力以带动热敏纸走纸。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种热敏打印方法，包括下列步骤：

读取字库；

申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化；

按照所需走纸速度设置好PWM定时控制器的预分频值和分频值，以及电机细分数；走纸速度V＝Pclk/prescaler0/divider0/Tcntb0*subdividing/steps*rat*2πR*1000毫米/秒，且要保证V≤subdividing*rat*2πR/steps/(Tmax+TimeS)*1000毫米/秒；其中Pclk为外围总线的一个时钟周期，prescaler0为所述PWM定时控制器和第一定时控制器的预分频值，divider0为所述PWM定时控制器的分频值，Tcntb0为所述PWM定时控制器的计数器值，subdividing为电机细分数，rat为电机传动比，R为受步进电机驱动、并带动热敏纸走纸的滚轴的半径，steps为电机总步距，Tmax为热敏元件加热一列数据所允许的最长时间，TimeS为所述串行总线传输一列数据所需时间；

启动步进电机走纸至指定位置；

在PWM定时控制器的控制下输出PWM信号，时间到后触发第一定时控制器的中断；

解析需要打印的文字信息，读取字库的相应数据并转换成打印格式数据，通过串行总线将数据传输给热敏元件；

按照所需的打印浓度设置好第二定时控制器的预分频值和分频值；

第二定时控制器启动使热敏元件开始加热打印，时间到后触发第二定时控制器的中断，停止加热。

2.根据权利要求1所述的热敏打印方法，其特征在于，所述按照所需的打印浓度设置好第二定时控制器的预分频值和分频值的步骤中，要保证Tmax*(Pclk/prescaler2/divider2)不大于所述第二定时控制器的计数器值除以比较值能够取得的最大值；其中Tmax为热敏元件加热一列数据所允许的最长时间，Pclk为外围总线的一个时钟周期，prescaler2为所述第二定时控制器的预分频值，divider2为所述第二定时控制器的分频值。

3.根据权利要求1所述的热敏打印方法，其特征在于，所述串行总线为串行外设接口总线。

4.根据权利要求1所述的热敏打印方法，其特征在于，所述读取字库的步骤之后，所述申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化的步骤之前，还包括将读取的字库中的横向取模数据转换成纵向取模数据的步骤。

5.根据权利要求1所述的热敏打印方法，其特征在于，所述读取字库的步骤之后，所述申请PWM定时控制器、第一定时控制器、第二定时控制器、串行总线控制器、电机细分数输入输出接口、电机使能输入输出接口的资源并初始化的步骤之前，还包括将读取的字库中的字体重新生成字库数组的步骤。

6.根据权利要求1所述的热敏打印方法，其特征在于，所述启动步进电机走纸至指定位置的步骤中，通过光敏传感器检测是否接收到热敏纸反射的光线，若未接收到则判定缺纸，中止打印。

7.一种热敏打印机，包括步进电机、热敏元件、受步进电机驱动带动热敏纸走纸的滚轴，以及控制模块，其特征在于，所述控制模块包括：

PWM定时控制器，用于产生PWM信号以控制步进电机转动；所述步进电机转动对应的走纸速度V＝Pclk/prescaler0/divider0/Tcntb0*subdividing/steps*rat*2πR*1000毫米/秒，且要保证V≤subdividing*rat*2πR/steps/(Tmax+TimeS)*1000毫米/秒；其中Pclk为外围总线的一个时钟周期，prescaler0为所述PWM定时控制器和第一定时控制器的预分频值，divider0为所述PWM定时控制器的分频值，Tcntb0为所述PWM定时控制器的计数器值，subdividing为电机细分数，rat为电机传动比，R为受步进电机驱动、并带动热敏纸走纸的滚轴的半径，steps为电机总步距，Tmax为热敏元件加热一列数据所允许的最长时间，TimeS为串行总线传输一列数据所需时间；

串行总线控制器，用于将打印数据通过所述串行总线传输至热敏元件；

第一定时控制器，用于产生中断以启用所述串行总线传输所述打印数据；

第二定时控制器，用于调用中断以中止热敏元件的加热，从而控制所述热敏元件的加热时长。

8.根据权利要求7所述的热敏打印机，其特征在于，还包括光敏传感器，所述热敏打印机在热敏纸正常走纸位置的下方设置黑色的黑标区，所述光敏传感器设置于所述黑标区上方。

9.根据权利要求7所述的热敏打印机，其特征在于，所述滚轴为棉性滚轴。