针式打印机组成部分讲解.pdf

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1、针式打印机组成部分 针式打印机的种类繁多，型式各异，一般分为打印机械装置和控制与驱动电路两大部分。 针式打印机在正常工作时有三种运动，即打印头的横向运动、打印纸的纵向运动和打印针的 击针运动。这些运动都是由软件控制驱动系统，通过一些精密机械进行的。 机械装置 打印机械装置主要包括字车与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构， 走纸机构和 打印机状态传感器，这些机构都为精密机械装置，以保证各种机构能实现下面的各种运动。 (1)字车与传动机构字车是打印头的载体，打印头通过字车传动系统实现横向左、右移 动，再由打印针撞击色带而印字。字车的动力源一般都用步进电动机，通过传动装置将步进 电动机的转动变为

2、字车的横向移动。一般用钢丝绳或同步齿形带进行传动 (2)打印针控制机构打印针是正确打印的关键。打印针控制机构实现打印针的出针和 收针动作。通常利用电磁原理控制打 (3)色带驱动机构打印针撞击色带，色带 上的印油在打印纸上印出字符或图形。在打印 过程中，打印头左、右移动时， 色带驱动机构驱动色带也同时循环往复转动，不断改变色带 被打印针撞击的部位，保证色带均匀磨损，从而既延长了色带的使用寿命，又保证了打印出 的字符或图形颜色均匀。 色带驱动机构一般利用字车电动机带动同步齿形带(如 LQ-1600K) 或钢 (尼龙 )丝绳驱动 色带铀转动，也可采用两个单独的电动机(如某些彩色打印机)分别带动色带正

3、、反向走带。 (4)走纸机构该机构实现打印纸的纵向移动。当打印完一行后，由它走纸换行。走纸方 式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其动力方式为通过牵引机构将步进电动机 的转动转变为走纸移动。 (5)打印机状态传感器对于不同的打印机来说，传感器的设置情况不同。通常有原始位 置传感器 (检测字车是否停在左边原始位置 上) (6)、纸尽传感器(检测所装的打印纸是否用完，用完则报 警) 驱动电路 1)主控电路 的工作原理 针式打印机的主控电路一般由CPU 及外围电路构成，它主要肩负着打印机与主机 间的信息传递、打印头的控制、字车机构的动作、操作面板的信号处理和DIP 开关状 态的检测等工作。通

4、常，主控电路根据CPU 数量的不同可以分为单一CPU 结构和 主、从 CPU 结构两种。所谓单一CPU 结构即指主控电路中只有一个CPU ， 如常见 的LQ1600K 、 AR-3240 等针式打印机的主控电路都是采用此结构的。而主、从 CPU 结构则可以在主控电路中包含多个CPU ，采用这类结构的针式打印机有LQ 1500 、 AR-2463 等。图1 为 LQ-1600K 针式打印机主控电路结构方框图，其中 PD7810 为核心CPU ， 时钟频率为14.75 MHz ，其内部包括一个A/D 转换器、通用 串行接口、256B RAM以及158 条操作指令和11 种中断指令，直接寻址范围为6

5、4 KB。MMU(E05AIOAA)是一存储器管理门阵列芯片，它是 CPU 对外部电路进行控制的 接口， 它是由复位电路、地址锁存电路和存储器管理部件组成的。当打印机电源启动时， 由 MMU 的复位电路产生的复位信号将发送到CPU 中， CPU 接收到复位信号后，首 先对RAM 存储单元进行初始化，同时检测DIP 开关。通过MMU 进一步完成打印头、 字车电机等接口芯片的初始化以及打印工作所需的初始化参数设置等工作。对于打印机各 开关和传感器的检测结果，CPU 会采取周期性读取的方法，将得到的信号数值与内存中 的存储值相比较。如果不同，则把新值置入内存中，将原有数值替换掉，然后将改变 的参数通

6、过MMU的串行口移入移位寄存器，使面板指示等显示新状态。对于主、从 CPU 结构的针式打印机来说，主控电路除包括一个主CPU 外， 还有多个微处理器作 为从CPU 。其中，主CPU 主要完成打印机复位、数据的读写操作以及对各种中断 的控制等工作，而走纸控制和操作面板控制则交给从CPU 来完成。其初始化过程与单 一 CPU 结构主控电路的初始化过程相似，在此就不重复介绍了 (2)驱动电路驱动电路的功能是在控制电路的控制下，由高压驱动走纸电动机、字车电 动机和打印针出针动作。 2.1 驱动原理 单通道控制的恒压驱动方式，无法快速控制打印线圈电流，实现打印针的快速出针和收 针，不利于高速打印头控制。

7、两端控制恒压驱动方式在单端控制恒压驱动基础上，增加放电 控制单元，以提升电流变化速度，可一定程度满足打印针高速响应的需求。图3 为打印头 其中一根针的两端控制恒压驱动电路原理图。图4 为量端控制恒压驱动方式的控制信号和 电流波形图。 从图3 可知，两端控制恒压驱动电路可分打印针驱动控制和放电控制两部分。 其中，打印针出针驱动部分由出针驱动管TR4 组成，打印针放电控制包括驱动管TR1 、 TR2、 TR3 ，电阻R1、R2、R3，快速整流二极管D2 以及稳压二极管D2。L 为打印头 线圈， VP 为打印头驱动电源，HDP 为针控制信号，SGC 为放电控制信号。当HDP 为 高点平时，三极管TR

8、4 导通，打印头驱动电源VP 向打印头针线圈L 充电，线圈电流随 着导通时间而上升，打印针出针打印。 到 T2 时刻， HDP 输出低电平信号，TR4 截止，而放电控制信号SGC 输出高电平， 打印头线圈L 放电，反向电动势升高至A 点电压瞬间超过打印头驱动电源VP 的电压 值， TR1、TR2 、TR3、快速整流二极管D1 随即快速导通，线圈L 放电电流通过D1 和 TR3 回流至VP。A 点电压被箝位至驱动电源VP 的电压与放电三极管TR3 的导通电压 之和， 打印头进入放电状态。到T3 时刻， 放电控制信号SGC 输出低电平。 TR1 、TR2 、 TR3 截止。稳压二极管D2 反向工作

9、，打印头线圈L 继续放电，电流主要通过D1、D2、 TR3 的基极和发射极，最后回流到针驱动电源VP。此时， A 点的电压被箝位为稳压二极 管 D2 反向稳定电压与TR3 的导通电压之和。到 T4 时刻， 由于打印头线圈L 持续放电 导致其反向电动势不断下降，直至A 点电压低于稳压二极管D2 的反向稳定电压与TR3 导通电压之和，整流二极管D1、稳压二极管D2 截止， A 点的电压继续缓慢下降至针驱 动电源VP 的电压值，打印头完成收针动作。从控制原理分析及图2 和图4 的电流波形 对比可看到， 两端控制恒压驱动方式对比单端控制恒压驱动方式多了一个收针放电单元，使 得线圈驱动电流能在短时间内快

10、速上升和快速下降，从而提高了打印针的出针和收针速度。 (3）接口电路打印机与主机的连接有串行接口、并行接口及USB 接口等。 针式打印机的接口形式主要有串行接口和并行接口两种。串行接口主要以RS-232 为 主， 并行接口则完全符合Centronics( 标准PC 打印机电缆设计，也称之为并行打印 机电缆设计 )。图2 为 Centronics 接口示意图。 (4)直流稳压电路为打印机提供各种直流电源。 工作原理 印机本身就是一个微型计算机系统，全机的工作都由CPU 控制。它的控制程序存放在 ROM 中，使 CPU 开机就可以工作。CPU 可以接收面板的各种控制指令，也可以接收来自 主机的指令

11、， 并对各种指令进行解释执行。这些连接都是通过计算机的接口完成的。一般针 打有两种工作方式，文本方式(Text Mode) 和位映像方式(Bit Image Print Mode)。 1.文本方式 针式打印机的打印数据是通过与计算机的接口从主机得到的。打印机得到的打印数据是 要打印的字符的ASCII 码，这些ASCII 码存放在打印机内的打印缓冲区中。主机每次传送 的数据装满打印缓冲区后，打印机给主机发送一个“BUSY( 忙 )“信号，主机接到该信号后， 暂停发送数据，然后打印机开始打印。 打印开始后，打印机内的CPU 从打印缓冲区中取出打印字符的ASCII 码，经过计算得 到该字符对应的字符

12、点阵存储区的首地址。按地址逐个地取出每列的点阵码，驱动打印针， 撞击色带， 在打印纸上形成打印字符。打印机的字符发生器ROM 中，通常存有96 种 ASCII 码及一些特殊字符的字型编码(有的打印机内也有汉字的点阵码，如LQ-1600K) 。当缓冲区 内的数据打印完成后，又一次开放打印机，接收主机送来的新打印数据，开始新的打印过程。 如果需要打印的是图形或汉字(对于没有汉字字库的打印机)，则由主机送出图形的像素 信号或汉字字型码即可。很明显，这种打印方式和显示器显示字符的方式是类似的。 2位映像方式 此方式下， 计算机送出的打印数据就是控制打印针的出针、收针的数据， 所以程序设计 人员可以直接

13、编写程序来控制每根打印针，从而打印出图形、表格和汉字。 打印头工作原理 LQ1600K打印头示意图 针式打印机的主要部件是打印头，通常所讲的9 针、16 针和 24 针打印机说的就是打印 头上的打印针的数目。打印头按击针方式可分为螺管式、拍合式、 储能式、 音因式和压电式。 这里以 24 针打印机 LQ-1600K和 AIz3240 的打印头为例说明其工作原理。右图是 LQ-1600K 打印头的工作原理图，它是拍合式打印头。在每根打印针的前面(从打印针的后面向前看)有 一个环行扼铁， 环行扼铁的四周排列着12 个线圈和 12 根打印针 (LQ1600K 打印头分为两层， 每层 12 根打印针，

14、上层12 根为长针，下层12 根为短针 )，每层 12 根打印针在环行圆周上 均匀排列，并沿导向板上的导向槽在打印头顶部穿出，形成两列平行排列的打印针。 从图可以看出， 平时打印针受复位弹簧的弹力作用处于离开驱动线圈状态，当驱动线圈 通过电流时， 激励打印针尾部的衔铁向驱动线圈运动，同时带动打印针沿着多层导向板向色 带撞击，使色带和打印纸压向卷简。这时，色带上的油墨被打印针的撞击渗透到打印纸上， 留下一个小圆点。当驱动线圈中的电流消失后，打印针被复位弹簧复位回到原始状态，完成 一次打印动作。这种拍合式打印头，打印针加速快，出针频率高，由于打印针分为两层，更 有利于更换打印针，且长针断了可以作短

15、针使用。 AR3240打印头的工作原理图 左图是 AR3240 打印头的工作原理图，它是储能式打印头。在每根打印针的后面(从打 印针的后面向前看)有一个环行扼铁，环行扼铁的四周排列着24 个消磁线圈、 24 个衔铁弹 蟹片和 24 根打印针。 24 根打印针在环行圆周上均匀排列，并沿导向板上的导向槽在打印头 顶部穿出，形成两列平行排列的打印针。 从图中可以看出，储能式打印头的工作原理是用永久磁铁作用于弹簧，使打印针缩在打 印头内处于储能状态，即打印针储存了击打能量，当消磁线团通电后，产生与永久磁铁磁场 方向相反的磁场， 即减少了永久磁铁的磁通量，抵消了永久磁铁对打印针后部衔铁和弹簧片 的吸引，

16、 使弹簧片驱动打印针向前飞行，完成打印动作。 此种打印头的优点是功耗低和打印 速度快 组件功能 (1)字车传动机构 在字车步进电机的驱动下，载有打印头的字车沿水平方向的横轴左右移动，将打印头移 动到需要打印的位置。字车传动机构一般由字车步进电机、字车底座、齿型带(或齿条 )、初 始位置传感器等组成。 (2)输纸传动机构 在输纸步进电机的驱动下，通过摩擦输纸或链轮输纸方式将打印纸移动到需要打印的位 置上。输纸传动机构一般由输纸步进电机、打印胶辊、输纸链轮、导纸板、压纸杆和纸尽传 感器等组成。根据输纸方式的不同，在输纸传动机构的实现形式上分为卷绕式输纸方式(也 称为普通输纸方式)和平推式输纸方式两

17、种。 (3)色带传动机构 为了保证打印质量和清晰度，在打印头前的色带需要不断更换，色带传动机构通常采用 换向齿轮使色带按照一定的速率和方向循环运动，该机构一般由换向齿轮组、色带盒 组成。 （4）打印状态传感机构 不同的针式打印机，其状态传感机构是不同的，常见的传感机构有纸尽传感机构、原始 位置传感机构和计时传感机构等。 (5)打印头 由一定数量的打印针按照单列或双列(个别的为三列)纵向排列， 在打印数据的配合下实 现字符、汉字和图形的打印。目前常用的打印头一般为9 针和 24 针，均是通过薄膜电缆与 控制电路连接。 电气控制部分中主要组件的功能和作用： (1)微处理器或单片机 针式打印机所有的

18、动作和功能都是由其控制电路中的微处理器或单片机来控制实现的。 不但要完成对打印数据的加工处理，还要控制机械部件的协调动作，同时还要对面板功能选 择和工作状态进行监视以及必要的显示，这一切必须依靠执行打印机专用监控软件来实现。 (2)数据 /程序 /字符点阵存储器 在通用计算机中离不开各种存储器，在针式打印机中同样也需要有关种类的存储器件。 一般分为输入数据缓冲存储器、中间数据缓冲存储器、监控程序存储器、西文和汉字字符点 阵存储器 (字库 )。 (3)驱动电路与传感器 在针式打印机中一般有三种驱动电路，即打印头驱动电路、字车步进电机驱动电路和输 纸步进电机驱动电路，通常采用集成化的中功率晶体管来

19、实现。通常针式打印机都安装有两 种或两种以上的传感器，对打印头的初始位置、是否缺纸、打印头是否过热、打印纸的薄厚 等进行检测，以保证打印的质量。 (4)电源 针式打印机由于功耗一般较大，故均采用开关电源，将 220V 交流电转变成打印机各部 件使用的直流电压，如+5V 、+12V 、+24V 等。 (5)接口电路 针式打印机大多采用Centronics标准并行接口，这是一种通用打印机专用接口，具有 数据传输率高的特点，个别型号的打印机采用RS232C 标准串行接口，以适应某些特殊 的需要。在打印机接口电路中，往往还配置一定存储容量的输入数据缓冲区，如1K 字节、 8K 字节、 16K 字节、 40K 字节等，其目的是减少与计算机主机的频繁通讯，提高计算机主 机工作效率。