控制面板电路-深入分析针式打印机

控制面板一般由按键开关和指示灯组成，部分机型可能还会配有液晶屏。

面板开关又称为操作开关，它提供了一些手动操作打印机的按钮，以便控制打印机的一些最常见功能。

指示灯是面板上的系列小灯，它与面板开关相结合报告打印机的运行状态，一般包括POWER（电源是否接通）灯、ONLINE（打印机是否联机）灯、PAPER（打印机是否装纸）灯等。

图4-143 复位电路

注：1.电路由一个或非门和反相器及电容C₁、电阻R₁的RC定时电路组成，稳压二极管起着工作时稳定的作用，二极管防止断电过程中电感元件产生反相过电压来损坏门电路，同时起着断电时产生的作用。

2.当电源加上瞬间，V_H通过R₁向电容C₁充电，充电时间常数T=R₁C₁，在这段时间，反相器输出保持低电平（经两级反相），使打印机初始化；当C₁上电压升高，反相后变高电平，使打印机能够正常工作，这以后，V_H通过R₁供给稳压二极管工作电压，使C₁保持一个稳定的工作电压；当断电时，V_H迅速降低，电容C₁通过二极管迅速放电使电压下降，使下降，控制电路在断电过程复位到初态，防止电机及字车产生错误动作。

打印机面板需要具有操作简单、界面友好、功能强大的特点。通过面板可以完成打印机状态显示、字体选择、打印速度切换、打印位置设置、进退纸、联机脱机、用户自定义设定等功能。因而面板控制模块要完成面板数据查询、数据采集、打印机打印状态显示等功能，要能够及时检测用户对打印机的各种干预，如打印过程中的用户终止打印请求、打印速度切换等。

由于在打印过程中，用户干预打印机相对于打印机数据处理和打印处理来说重要性相对较低，所以在任务管理上采用查询方式。

打印机的控制开关包括面板开关和定位控制开关。

面板控制开关电路是为人工控制打印机而设置，包括开关控制和显示两部分，面板控制开关可能有如下几个键：

1）联机（ONLINE）开关：有联机（ONLINE）和脱机（OFFLINE）两个状态。联机表示打印机被选中，可以接收主机的控制，并能接收数据；脱机是不连接主机，打印机处于手动检查状态，只有这时打印机面板的其余开关才有效。联机开关按一次变一次状态，若原为联机，则按一次为脱机状态，再按一次为联机状态。

2）换行（LF）开关：每按一次进纸一格（1/6in），若连续按下不松开，则每隔0.5s自动进纸一格直至松开为止，在脱机时才有效。

3）单页纸格式（Top Of Form，TOF）开关：根据纸的格式这个开关有以下两个用途。

①单页纸（若打印机装有单页纸架）：若按一下该开关，则弹出一页纸；

②连续纸：该开关在电源接通时每按一次走纸66行。

4）进纸（PAPER FEED）开关：每按一次纸向前走1/120in，在低速时连续按下每隔0.5s进纸一次，这开关用来调节纸的位置。

5）自检（TEST）开关：在脱机时，每按一次打印机就进行一次自检操作，按第二次时自检停止。

面板显示部分以灯光来向用户报告打印机的状态，根据打印机的型号不同，内容也有差异，但基本功能相似，可能有如下的指示灯：

1）电源（POWER）指示灯：电源接通时灯亮。

2）报警（ALARM）指示灯：灯亮时字车移动不正常。

3）纸尽（PE）灯：灯亮表示纸已用完，连续纸少于20～24行，单页纸是最后一页纸少于3～6行（每行1/6in）传感器工作灯亮。

4）联机指示灯：灯亮表示打印机处于联机状态，打印机接收DC1码时灯亮，打印机脱机、上盖打开、纸尽、字车不正常及接收DC3码时灯都不亮。

5）检测指示灯：只有打印机正处于自检时灯亮。

开关和指示灯的控制由处理器通过软件执行，当打印机处于脱机状态时，处理器执行的程序不是接收数据而是不停地扫描面板开关；当有变化就读入面板信号，分析读入信号，改变程序流程，进入相应的控制程序段执行，同时仍然扫描开关，若开关复原就退出执行的程序扫描等待（见图4-144）。

图4-144 控制面板（得实AR-300K通用卷筒打印机）

1.线性键盘

线性键盘结构简单，是使用非常普遍的一种键盘（见图4-145）。

这种键盘的特点是结构简单、成本低廉，但当键盘上的键较多时，需使用的I/O端口就太多，因此只能用于仅有几个键的小键盘中。(www.xing528.com)

2.矩阵键盘

矩阵键盘是一种比较复杂的键盘，是将所有按键按行和列排列成矩阵形式，也叫行列式键盘。对于m×n个键的键盘，如果采用线性键盘结构，需要m×n位I/O端口，而采用矩阵键盘结构只需要m+n位。

图4-145 线性键盘电路

注：每一个按键连接到一位I/O端口，无键闭合时各位都处于高电平。当有一个键按下时，就使对应位接地或成为低电平，其他位则仍为高电平。这样，CPU只要通过读I/O端口，检测端口中哪一位为低电平，就可以识别出所按下的键。

矩阵键盘通常利用行扫描法矩阵键盘的工作原理来识别按键。

图4-146所示为一个4×4的矩阵键盘。要用行扫描法来识别按键，要求行有一个并行输出端口连接4条行线，CPU通过行输出端口输出行扫描代码；同时，要求列端有一个并行的输入端口，CPU通过它读入列信息代码，通过空间和时序的综合判定识别出按键。

以上的例子是以行扫描的方法来识别被按键。当键盘的行数大于列数时，也可改为列扫描的方法以提高按键的速度。为了提高CPU的效率，也可用中断方式使CPU进入键盘扫描子程序。

图4-146 矩阵键盘

注：图中，A为行，B为列，行扫描法的执行过程一般分为三步：

1.判断是否有键按下。对行并行端口输出全“0”，然后，通过列并行输入口读入列值，并机械比较判断。若列值为全“1”，则说明无键按下；若列值为非全“1”，则说明已有键按下，转下一步。

2.识别是哪个键按下。从第1行开始，仅输出一行为“0”电平，其余为“1”电平，逐行扫描。每扫描一行，读入一次列值。若列值为全“1”，则说明此行无键按下，继续扫描下一行；若列值为非全“1”，则此行有键按下，记下此时的行、列值。

3.识别键号。依所得的行、列值查键号表可得键号，然后再由键号查键值表即可得出被按键的键值（例如ASCII码）。

3.键盘接口功能

键盘接口一般都要具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生（线性键盘不需要）等几项基本功能。

（1）去抖动

所谓抖动是指当一个键被按下或放开时，键的接触点在达到稳定的闭合或断开之前会有几次抖动跳变，其中，前沿抖动发生在键按下的时候，后沿抖动发生在释放按键的时候。

抖动持续时间因键的质量而有所不同，一般不超过20ms，如图4-147所示。在识别被按键和释放键时，必须避开这种抖动状态，被按键才能保证正确无误地被识别，这就是去抖动。

图4-147 键盘抖动波形

去抖动问题的解决方法常用的有两种：其一是软件延时法，一旦检测到有键按下或释放时，用软件产生约20ms的延时，等待键的输出已达到稳定状态后再去读取代码；其二是硬件消抖法，即在键开关与计算机接口之间增加一个去抖电路，如双稳态触发器、单稳态触发器以及RC滤波电路等。此方法每个按键都要配置一套消抖电路，增加了硬件电路的复杂性，因此只适用于按键数目较少的场合。在键数目较多时，大多采用软件延时法。

（2）防串键

防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的键按下时产生的问题。常用的解决方法有两种：其一是双键锁定，即当检测到有两个或两个以上的键被按下时，只把最后释放的键当做有效键，并产生相应键码；其二是N键轮回，即当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。

（3）键识别

键盘接口所要解决的主要问题是识别出被按键并生成其键值、键码。常用的方法有行扫描法和线反转法等。

（4）键码产生

较简单的键盘，可直接进行键码产生；而对于比较复杂的键盘，一般通过查表获得被按键的编码。