CN106394023B - 针式打印机的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针式打印机的控制电路，包括：CPU和可编程门阵列器件，所述CPU分别与可编程门阵列器件和针式打印机的走纸电机连接，所述可编程门阵列器件分别与针式打印机的字车电机和打印头连接；所述CPU用于对待打印数据进行处理，计算得到打印指令和走纸指令；并将所述打印指令发送至可编程门阵列器件，以及将所述走纸指令发送至走纸电机；所述可编程门阵列器件用于依据所述打印指令控制字车电机和打印头进行打印；走纸电机依据所述走纸指令控制走纸。将实时性要求高的控制由可编程门阵列器件实现，实时性要求低的控制由CPU实现，既提高了响应速度，又降低了可编程门阵列器件的性能要求，从而降低了成本。

Description

针式打印机的控制电路

技术领域

本发明涉及打印机领域，尤其涉及一种针式打印机的控制电路。

背景技术

针式打印机是一种利用打印针将墨点印在打印纸上，从而完成打印工作的设备。其基本原理为：1、打印头内包括打印针与电磁铁，打印针在电磁铁作用下，可以通过吸合与释放作用将墨点印在打印纸上；2、字车电机、走纸电机及相关机械器件配合，通过移动打印头，即可对打印点位置进行排布，从而实现对规定字符、汉字及图形等的打印。

针式打印机通常由两个部分组成，包括机械部分与电气控制部分。其中，电气控制部分将待打印的文字与图形信息转换为用于控制电机与打印针的脉宽信号；机械部分将脉宽信号转换为电机的转动及打印针的吸合与释放运动，进而完成打印工作。

通常，针式打印机的电气控制部分主要由CPU外加保护电路来实现，这样的好处是CPU逻辑处理功能强大，可自动完成对打印内容的解析，进而分解成需要机械部分完成动作的脉宽信号并直接输出；当CPU进入异常状态时，可以利用硬件保护电路进行信号保护，防止异常的信号输出导致机械部分的电机烧毁或打印头长时间通电失效。

但对智能设备来说，由于芯片上运行的操作系统越来越复杂，对实时性事务的响应越来越慢，已无法保证对针式打印机的有效控制。近年来，以FPGA与CPLD为代表的可编程门阵列器件被引入对时序较为敏感的控制领域。例如，公开号为CN101648462A的中国专利提出了一种基于FPGA模块的针式打印机控制电路，包括数据总线、译码模块、辅助电机模块、脉宽调制控制模块、中断模块、同步串口模块、面板控制模块、字车电机模块、进纸电机模块、打印头模块、电源控制模块、CPU，所述数据总线、译码模块、辅助电机模块、脉宽调制控制模块、中断模块、同步串口模块、面板控制模块、字车电机模块、进纸电机模块、打印头模块、电源控制模块集成于FPGA模块EP2C5Q208C8芯片内，所述辅助电机模块、脉宽调制控制模块、中断模块、面板控制模块、字车电机模块、进纸电机模块及打印头模块的一端接译码模块，另一端接数据总线，CPU分别与译码模块、数据总线相连，电源控制模块与译码模块相连，同步串口模块分别与打印头模块、CPU相连。

上述方案使用了FPGA芯片来控制打印机，但是该方案所有关于打印头的控制及走纸/字车电机的控制均通过FPGA实现，需使用大容量、高成本、IO数目较多的高端FPGA芯片才可实现，成本过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结合CPU和可编程门阵列器件的针式打印机的控制电路，既能够实现对打印机的有效控制，又能降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种针式打印机的控制电路，包括：CPU和可编程门阵列器件，所述CPU分别与可编程门阵列器件和针式打印机的走纸电机连接，所述可编程门阵列器件分别与针式打印机的字车电机和打印头连接；

所述CPU用于对待打印数据进行处理，计算得到打印指令和走纸指令；并将所述打印指令发送至可编程门阵列器件，以及将所述走纸指令发送至走纸电机；

所述可编程门阵列器件用于依据所述打印指令控制字车电机和打印头进行打印；

走纸电机依据所述走纸指令控制走纸。

本发明的有益效果在于：通过设置CPU，对待打印的数据进行处理得到打印指令和走纸指令，将走纸指令发送给走纸电机，实现CPU直接控制走纸；CPU将打印指令发送给可编程门阵列器件，由于可编程门阵列器件与打印头和字车电机，从而实现可编程门阵列器件控制打印头出针和字车移动。本发明将实时性要求高的控制由可编程门阵列器件实现，实时性要求低的控制由CPU实现，既提高了响应速度，保证对针式打印机的有效控制，又降低了可编程门阵列器件的性能要求，降低了成本；同时可节省CPU引脚资源，减少软件改动量。

附图说明

图1为本发明实施例的针式打印机的控制电路的结构示意图；

图2为本发明实施例一的针式打印机的控制电路的结构示意图一；

图3为本发明实施例一的针式打印机的控制电路的结构示意图二；

图4为本发明实施例一的总线控制模块发送的数据的时序示意图；

图5为本发明实施例一的字车控制模块输出的时序示意图。

标号说明：

1、CPU；2、可编程门阵列器件；21、总线控制模块；22、流程控制模块；23、定时计数模块；24、字车控制模块；25、出针控制模块；26、中断模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：CPU连接针式打印机的走纸电机，可编程门阵列器件连接针式打印机的打印头和字车电机。

请参照图1，本发明提供：

一种针式打印机的控制电路，包括：CPU1和可编程门阵列器件2，所述CPU1分别与可编程门阵列器件3和针式打印机的走纸电机连接，所述可编程门阵列器件2分别与针式打印机的字车电机和打印头连接；

所述CPU1用于对待打印数据进行处理，计算得到打印指令和走纸指令；并将所述打印指令发送至可编程门阵列器件2，以及将所述走纸指令发送至走纸电机；

所述可编程门阵列器件2用于依据所述打印指令控制字车电机和打印头进行打印；

走纸电机依据所述走纸指令控制走纸。

进一步的，所述可编程门阵列器件2包括：

总线控制模块21，用于控制可编程门阵列器件2与CPU1之间的通讯，接收CPU1发送的打印指令；

流程控制模块22，用于响应总线控制模块21下达的打印指令；

定时计数模块23，用于依据所述打印指令产生字车移动时序、出针时序、字车移动步数和出针次数；

字车控制模块24，用于依据所述字车移动时序和字车移动步数输出字车电机控制信号；

出针控制模块25，用于依据所述出针时序和出针次数输出出针控制信号。

从上述描述可知，进行打印控制时，可编程门阵列器件的总线控制模块接收CPU发来的打印指令，并通过流程控制模块相应该打印指令，从而定时计数模块能够依据该指令产生字车移动和出针的时序以及字车移动的步数和出针次数，再由字车控制模块和出针控制模块输出字车电机和出针的控制信号，实现打印控制。

进一步的，所述定时计数模块23还依据所述打印指令产生字车移动速度，所述字车控制模块24依据所述字车移动时序、字车移动步数和字车移动速度输出字车电机控制信号。

从上述描述可知，对字车移动的控制还包括对字车移动速度的控制。通过输出控制字车电机的控制信号的电平切换，从而实现字车移动。

进一步的，所述定时计数模块23还用于统计实际执行的字车移动步数和出针次数，并将所述实际执行的字车移动步数和出针次数发送至流程控制模块22。

从上述描述可知，能够将实际执行的打印操作反馈至CPU，从而CPU能够依据反馈的信息进行后续操作。

进一步的，所述可编程门阵列器件2还包括中断控制模块26，所述中断控制模块26分别连接所述流程控制模块22和总线控制模块21；所述中断控制模块26用于产生中断信号，供CPU1读取可编程门阵列器件2当前的工作状态。

进一步的，所述流程控制模块22依据所述实际执行的字车移动步数和出针次数判断打印是否结束，若是，控制中断控制模块26输出中断信号至CPU1，CPU1控制走纸电机进行走纸。

从上述描述可知，打印结束后，CPU控制走纸，具体的，单行打印结束后，进行走纸，走纸完毕，若下一行还有数据则继续下一行打印，若下一行没有数据则CPU操作针打机芯直接走纸至撕纸口，打印结束。

进一步的，所述可编程门阵列器件2包括：总线控制模块21、流程控制模块22、定时计数模块23、字车控制模块24和出针控制模块25；所述总线控制模块21与CPU1连接，所述总线控制模块21、流程控制模块22和定时计数模块23依次连接，所述定时计数模块23分别连接字车控制模块24和出针控制模块25，所述字车控制模块24与字车电机连接，所述出针控制模块25与打印头连接。

进一步的，所述可编程门阵列器件2包括FPGA或CPLD。

从上述描述可知，FPGA和CPLD为功能比较强大的两款可编程门阵列器件，也可以采用其他可编程门阵列器件。

进一步的，所述打印头的打印针的数目为两个以上，所述可编程门阵列器件2控制打印针同时出针或间隔出针。

从上述描述可知，当打印头为多个时，可控制多个打印头同时出针或间隔出针。

进一步的，所述CPU1为微控制器或单片机。

请参照图2至图5，本发明的实施例一为：

一种针式打印机的控制电路，外接针打机芯，包括：CPU针和FPGA，CPU和针式打印机的走纸电机连接，FPGA分别和针式打印机的打印头和字车电机连接；具体的，CPU通过走纸控制口线与针式打印机的针打机芯连接；FPGA分别通过字车控制口线和出针控制口线与针打机芯连接；同时CPU与FPGA通过数据通讯口线和中断口线连接，如图2所示。

上述CPU与FPGA之间的数据传递通过一个8位数据总线实现，由一根地址线，八根数据线，读信号、写信号与片选构成。由于除了片选以外，其余口线皆可与其余模块共享，故可有效减少CPU部分I/O口线的资源占用。所述的数据通讯口线，可以是8080数据总线，也可以是SPI、串口等数据通讯接口。

所述FPGA包括：

总线控制模块，用于控制FPGA与CPU之间的通讯，读取CPU传送的数据，完成译码并执行打印相关动作；同时可响应CPU的读取指令，回传与打印状态相关的数据；

流程控制模块，设计为一个状态转移机(字车加速—字车匀速(打印)—字车减速)，可响应总线控制模块下达的打印/字车移动指令，并根据预先设定，在不需CPU干涉的前提下，配合字车控制模块、出针控制模块与定时计数模块独立完成双向打印、字车移动及字车初始化动作；

字车控制模块，用于通过字车加减速表、移动方向与移动步数，控制字车电机控制信号的电平切换，从而实现字车移动；

定时计数模块，用于一方面产生时钟控制字车相位切换与出针时序，另一方面统计出针次数、字车电机移动步数给流程控制模块，以实现流程控制；

出针控制模块，用于通过读取出针数据并按照时序要求输出出针电平；

中断控制模块，用于当FPGA产生需要反馈CPU的信息(如打印执行完毕/出现硬件问题)时，通过中断产生模块产生中断信号，供CPU读取当前FPGA工作状态；

所述总线控制模块与CPU连接，所述总线控制模块、流程控制模块和定时计数模块依次连接，所述定时计数模块分别连接字车控制模块和出针控制模块，所述字车控制模块与字车电机连接，所述出针控制模块与打印头连接，所述中断控制模块分别连接所述流程控制模块和总线控制模块，如图3所示。

需要打印时，该控制电路实现方法如下：

S1、CPU对待打印数据进行分析，将需要打印的数据分解为实际字车运动路径与出针数据；

S2、CPU将字车运动方向及运动步数发送至FPGA的相应寄存器内；

S3、CPU将打印数据存放至FPGA的数据存储区内；具体的，采用FPGA内建的RAM资源暂存打印数据；

S4、CPU发送打印指令，FPGA内部的总线控制模块接到指令后，使能流程控制模块；流程控制模块使能定时计数模块开始产生字车马达换相时钟与出针时钟；总线控制模块发送至流程控制模块的数据的时序如图4所示；

S5、字车马达换相时钟与出针时钟驱动字车控制模块与出针控制模块输出字车马达换相信号与出针时序信号，在以上信号驱动下，针打机芯开始进行单行打印动作；字车控制时序如图5所示；

S6、打印动作结束后，流程控制模块使能中断控制模块输出中断给CPU，CPU收到相关工作状态后，开始直接控制针打机芯进行走纸动作；

S7、走纸完毕后，若下一行仍有打印数据，则CPU开始分析下一行打印数据，回到S1；若没有打印数据，则CPU操作针打机芯直接走纸至撕纸口，打印结束。

对于单独使用CPU进行针式打印机控制的电路来说，在打印过程中如使用同时出针的打印机芯，字车每换相一次，即每1ms左右即产生一次中断需CPU进行处理；若使用打印针数为8根，出针方式为间隔出针的打印机芯，则每100us左右即产生一次中断。这一数字对CPU来说属于很大的工作负荷。如果CPU无法及时响应频率如此高的中断，轻则导致字车换相与出针时机无规律延迟，影响打印效果；重则导致字车马达失步，造成打印失败。

采用本发明所述的控制电路及电路的控制实现方法，在打印过程中，打印每行数据只产生1-2次中断，如果以打印单行数据速度为8行/秒计算，可将平均中断产生时间延长至大于50ms；且由于在单行打印过程中无需CPU干预，故对CPU响应FPGA中断的延时没有要求；同时，由于所有打印控制信号均由FPGA硬件逻辑直接生成而不会受到CPU中断响应延迟的影响，故可有效提高打印效果并降低字车马达失步的概率。

综上所述，本发明提供的针式打印机的控制电路，既能够对打印事务进行实时响应，极大地提高控制效率，又能够大量减少FPGA等可编程门阵列器件的逻辑门资源占用，降低了FPGA的性能要求，成本降低。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种针式打印机的控制电路，其特征在于，包括：CPU和可编程门阵列器件，所述CPU分别与可编程门阵列器件和针式打印机的走纸电机连接，所述可编程门阵列器件分别与针式打印机的字车电机和打印头连接；

所述CPU用于对待打印数据进行处理，计算得到打印指令和走纸指令；并将所述打印指令发送至可编程门阵列器件，以及将所述走纸指令发送至走纸电机；

所述可编程门阵列器件用于依据所述打印指令控制字车电机和打印头进行打印；

走纸电机依据所述走纸指令控制走纸；所述可编程门阵列器件包括：

总线控制模块，用于控制可编程门阵列器件与CPU之间的通讯，接收CPU发送的打印指令；

流程控制模块，用于响应总线控制模块下达的打印指令；

定时计数模块，用于依据所述打印指令产生字车移动时序、出针时序、字车移动步数和出针次数；

字车控制模块，用于依据所述字车移动时序和字车移动步数输出字车电机控制信号；

出针控制模块，用于依据所述出针时序和出针次数输出出针控制信号。

2.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述定时计数模块还依据所述打印指令产生字车移动速度，所述字车控制模块依据所述字车移动时序、字车移动步数和字车移动速度输出字车电机控制信号。

3.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述定时计数模块还用于统计实际执行的字车移动步数和出针次数，并将所述实际执行的字车移动步数和出针次数发送至流程控制模块。

4.根据权利要求3所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述可编程门阵列器件还包括中断控制模块，所述中断控制模块分别连接所述流程控制模块和总线控制模块；所述中断控制模块用于产生中断信号，供CPU读取可编程门阵列器件当前的工作状态。

5.根据权利要求4所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述流程控制模块依据所述实际执行的字车移动步数和出针次数判断打印是否结束，若是，控制中断控制模块输出中断信号至CPU，CPU控制走纸电机进行走纸。

6.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述可编程门阵列器件包括：总线控制模块、流程控制模块、定时计数模块、字车控制模块和出针控制模块；所述总线控制模块与CPU连接，所述总线控制模块、流程控制模块和定时计数模块依次连接，所述定时计数模块分别连接字车控制模块和出针控制模块，所述字车控制模块与字车电机连接，所述出针控制模块与打印头连接。

7.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述可编程门阵列器件包括FPGA或CPLD。

8.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述打印头的打印针的数目为两个以上，所述可编程门阵列器件控制打印针同时出针或间隔出针。

9.根据权利要求1所述的针式打印机的控制电路，其特征在于，所述CPU为微控制器。