58mm 高速热敏打印机——NUC123 是如何实现高速打印的

Angus · 发表于 2014-11-7 14:34:39

本帖最后由 Angus 于 2022-9-30 11:11 编辑

走纸有多快，打印就可以有多快！ NUC123 是如何实现高速打印的？且听我慢慢道来。

虚拟串口模式，按键打测试页

NUC123_VCOM_Printer_V1.03.zip (3.31 MB, 下载次数: 2432)
USB 电脑打印机模式

NUC123_USB_Printer_V1.10.zip (3.27 MB, 下载次数: 1824) 含原理图，PC机驱动，字库写入软件等。
写字库工具软件的 C++ 源代码

ZKT-Sorce.zip (1.47 MB, 下载次数: 3534)
写字库的 NUC123 的源代码

NUC123SeriesBSP_SPI_Flash.zip (1.35 MB, 下载次数: 3545)

字库改组：
字库中数据排列是：左一byte，右一byte；左二byte，右二byte；左三byte，右三byte............为了便于处理，我们对字模进行如下改组：
把 16 X 16 汉字的字模数据，分成先存放左边从上到下16个字节，再存放右边16个字节，目的是可以把一个汉字当成两个 16X8 字符(字母或数字)处理。
1行字符有16行点数据，打印数据(点的数据)在 RAM 中依次存放，前16bytes是第一个字符数据，接下来16个字节是第二个字符的数据，然后是第3个字符的数据。。。。。，打印点的数据从RAM读出送往打印头，无论是汉字还是字母或数字，第n行点的数据是： n， n+16， n+16*2， n+16*3......一行取48个字节， 58mm打印头一行是 8*48=384 个点。一行可打印48个字符、或24个楷体汉字，字模数据排列如下

   把 24 X 24 汉字，分成左边从上到下 24行 X 12列个点,  和右边 24 X 12个点的数据，一行 12bit 数据存放在16bit 半字中的低12bit，左右半边都是一个 24行 X 16列的"一个字符的点数据"，有48 个字节，一个24X24汉字变成96个字节了。如此，可把一个汉字当成两个字母（ 24 X 16点阵）来处理。第n行点的数据就是  n，n+24，n+24*2，n+24*3......，字模数据从RAM中按16位读出，但从SPI只传出低12位。传输32次，打印头收到 12bit*32=384 个点，即一行可打 32个字母，或16个宋体字。

字模存入 SPI FLASH 时，完成以上变换。打印时，16X16汉字按字节从RAM中读出再写入打印头，24X24汉字按16bit读出，写入打印头时只传低12位，减少了数据处理时间。

高速  SPI 接口传输数据
打印时，字模数据要从SPI FLASH  W25Q16 中通过 SPI 接口读出，再通过另一个 SPI 接口传输给打印头。1个字符行有16个行点（16X16楷体字）,或者24个行点(24X24 宋体字)
一行 16个宋体字有 16*96 = 1536 个字节。"字符行"与行之间一般空三行点，走纸最快时 90mm/秒，694us 走一行点，在这个时间内要读取所有 1536个字节，放入 RAM 打印缓冲区。代码中，把 SPI 配置成 28.8Mbps 从FLASH 中读取字模，为便于用示波器查看波形，每次收发 16bit, 中间插入一个空闲 CLK，收发完 1536 Byte 要经过 1536/2 = 768 次 17bit 时钟，时间为 768*17/28.8 = 453us。代码中，使能 SPI 的 FiFo，同时配置 PDMA 来完成 SPI 收发，读一行字符的1536个字节数据，时间连续，中间没有等待

打印头最快数据率是5Mbps, SPI 速率就配置为 4.8Mbps，一行384个点。数据传输时间约为 384/4.8 = 80us，走纸最快 90毫米/秒时，走一行点的时间是 694us，数据早传完了。走纸速度再快一倍也来得及。

USB 打印机模式
USB 打印模式，上位机传输过来的，是图形点阵数据与命令混在一起，无需从 SPI FLASH 中读字模，只要把点数据从USB数据流里分离出来，移入打印头即可。代码中定义了一个 4096 字节的环形缓冲区。
USB 数据中断：分析数据流，见函数 PTR_Data_Receive(), 遇图形点阵数据流，写入环形缓冲区。遇命令立即执行，或为执行做好准备。若有打印命令或走纸命令，就把 “走纸行数” 通过全局变量 StepIncrease 传给主循环代码。
主循环里，1>若传过来的走纸行数 StepIncrease 不为0，就启动走纸。2>若已在走纸，就检查环形缓冲区是否有待打印数据，若有，就在纸每走过一行时，把数据送入打印头并加热打印。

走纸，加热和数据传输，三者同时处理的时序
需要走纸时，只要设定速度值全局变量  pStepM_TimLimit，然后调用走纸启动函数 PaperRollStart() 就开始走纸了，何时走下一行，何时停止，都在 Timer1 中断代码里处理。中断外面无需再处理走纸的事。
需要说明的是：有一个走纸剩余行数全局变量 RemainderStep，在此变量非0时表明正在走纸，可以随时加大这个值，加长走纸行数。

再来看何时把数据串入打印头，何时加热，下图用鼠标点击可放大。
打印开始时，先启动Timer1中断处理走纸过程，然后启动SPI把第一行点数据，写入打印头，一行数据80us后传完，就等待纸走到第三行——前面空三行，只要一走到第三行，立即加热并启动定时，不等加热结束就去读写下一行点数据。
每次在走到新的一行点时（实际是步进电机走两步算一行）, 都立即启动这一行数据的加热，加热开始后就立即去准备下一行点数据。何时加热停止呢？不用担心，由 Timer2 中断代码处理。

打印开始时，必须知道要走纸几行, 一行 16 X 16 字符，16行点，要走 32 步(行)，一般还要加上开头和结尾的空行。
连续打印时，只要剩余行数 RemainderStep 不为0——走纸未停，可以随时增加这个值，加长走纸行数，继续打印后续数据。

由以上分析可知，走纸是独立的，想走多快，设定一个速度就可以了，走纸的同时，处理打印数据。所以，走纸有多快，打印就可以有多快！