针式打印机工作原理

针式打印机
针式打印机是一种特殊的打印机，和喷墨、激光打印机都存在很大的差异，而针式打印机的这种差异是其它类型的打印机不能取代的，正是因为如此，针式打印机一直都有着自己独特的市场份额，服务于一些特殊的行业用户。

针式打印机是通过打印头中的24根针击打复写纸，从而形成字体，在使用中，用户可以根据需求来选择多联纸张，一般常用的的多联纸有2联、3联、4联纸，其中也有使用6联的打印机纸。

多联纸一次性打印完成只有针式打印机能够快速完成，喷墨打印机、激光打印机无法实现多联纸打印。

接口类型
针式打印机接口类型指的是针式打印机与电脑系统采用何种方式进行连接。

目前针式打印机常见的有并口(也有称之为IEEE 1284, Centrics)、串口(也有称之为RS-232接口的)和USB接口。

字体
字体指的是针式打印机在没有外来字库的支持下，通过自身携带的字库，可以实现的字体的种类。

其中字体又分为中文字体、英文字体和一些其它类型的字体。

字体的变化一般可以通过打印机面板上的按钮来实现。

不过目前绝大多数的用户都是使用的Windows的操作系统，而Windows操作系统自身携带的字库的字体种类远远要比目前针式打印机自身携带的字体要丰富得多，通过Windows的支持完全可以获得更加丰富的打印字体，因此针式打印机自身的字体在目前的应用中意义并不大。

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印针的动作。

(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、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)、纸尽传感器(检测所装的打印纸是否用完，用完则报警)、计时传感器(检测字车的瞬时位置)和机盖状态传感器(检测正在打印中的异常开打印机盖操作)等等。

驱动电路
针式打印机结构图
(1)控制电路打印机的控制电路均已采用了微机结构，所以打印机也就是一个完整的微型机。

从处理器类别划分，有采用单片机扩展内存及接口电路构成的，也有采用CPU(做处理器)设计的。

从组成结构上划分，有采用单一CPU结构的，也有采用主从CPU过程控制结构的。

对打印机的各种控制是通过软件进行的。

在ROM中存储有点阵字库和控制程序，用户自定义的字符存储在行缓存RAM中。

(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。

(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。

(4)直流稳压电路为打印机提供各种直流电源。

工作原理
打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，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，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，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RS－232C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。