一种用于多功能打印机芯片的扫描时序控制方法

摘要

本发明公开了一种用于多功能打印机芯片的扫描时序控制方法，包括如下步骤：当扫描作业指令发起后，步进电机根据预先配置好的加减速表的信息，先加速运行到接近指定扫描区域后进入匀速运行状态；当电机匀速运行到达预定扫描区域时，步进电机控制模块产生第一个行同步信号；当扫描时序控制单元接收到第一个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号（即CIS的主时钟信号、模拟输出启动脉冲信号、红绿蓝亮灯信号）对第一行进行扫描；此后，步进电机每前进了一定距离，步进电机控制模块都产生一个行同步信号。

说明书

技术领域

本发明涉及多功能打印机，具体是一种用于多功能打印机芯片的扫描时序控制方法。

背景技术

接触式图像传感器（CIS）、模拟前端芯片（AFE）和步进电机作为接触式图像扫描仪的核心部件，现有的控制方法是通过配置步进电机走到指定扫描区域后产生一个行同步信号，利用行同步信号触发产生CIS和AFE的控制时序，并且此后CIS和AFE的控制时序与步进电机的运行状态无关。当步进电机控制不精确或出现扰动等原因而导致步进电机非匀速转动时，会出现扫描图像不均匀的现象。另一方面，当前CIS和AFE的时序控制方法是当上一行的最后一色数据采完后才产生下一行的扫描时序，从扫描效率角度看，这种控制方法也存在着明显不足。

解决问题一的方法是产生CIS、AFE的控制时序时，需要考虑步进电机的运行状态；即通过控制步进电机每转动相同的角度，然后触发产生CIS、AFE的控制时序。

如图1所示，由于CIS具有先亮灯后出数据的特点，所以解决问题二的方法是在采集上一行数据的同时需要点亮下一行的灯，从而做到时序紧凑，提高扫描效率。

CIS能够将光信号转化成电信号，其控制信号主要有时钟信号、模拟输出启动脉冲信号和红绿蓝亮灯控制信号等，典型CIS输出分为1路或3路的模拟信号；AFE主要是将输入的模拟信号转换成数字信号，其控制信号主要有时钟信号、模拟信号采样脉冲和用于配置AFE内部寄存器的串行外设接口（SPI）信号等，转换后的数字信号能够以4比特或8比特形式输出；步进电机芯片的驱动信号主要有脉冲信号、电机前进方向信号、电机前进的步幅等。

如图2所示为常用的图像扫描采集系统，该系统包括CIS传感器，AFE芯片，扫描接口，图像处理模块，以及数据存储器。其工作流程及原理如下：

第一步：扫描终端发出扫描作业指令，扫描控制模块根据扫描作业相关参数（如扫描分辨率色彩模式、扫描区域，文件格式等）用于产生前面描述的驱动CIS、AFE和步进电机的控制信号。

第二步：步进电机在相关信号的控制下带动CIS，当电机走到指定扫描区域，电机控制模块产生行同步信号，并触发产生CIS和AFE的工作时序信号，逐行将扫描区域由光信号转换成电信号。

第三步：AFE接收到CIS输出的电信号进入，通过内部的A/D转换器输出对应的数字信号到扫描接口当中。扫描接口将输入的数据组装后传给图像处理模块进行补偿矫正等处理，最终写入到数据存储器。

第四步：扫描处理完成后的数据可以通过USB、EarthNET等方式传送给主机端，扫描作业完成。

基于上述CIS、AFE和步进电机控制的彩色扫描和单色扫描，分别可用图3和图4模型描述其控制CIS亮灯到AFE输出数据之间的关系，其中存在明显不足的是：1、在进入对图像进行扫描时，CIS和AFE的控制时序完全与步进电机的运行状态无关，如图5所示，由于其扫描一行的时间T是固定的，假设当步进电机出现扰动而导致其非匀速转动时电机运行速度分别为v1和v2，则会对一幅图像进行不等间距的扫描，从而使扫描出的图像出现不均匀的现象；2、现有技术中，只有当上一行的输出数据被采集后，才开始亮灯扫描下一行，这种时序控制不紧凑，导致扫描效率较低。

发明内容

为了解决接触式图像扫描仪中CIS、AFE和步进电机控制不精确，从而导致图像不等间距扫描，以及现有技术中CIS、AFE控制时序不紧凑的问题，本发明提供了一种用于多功能打印机芯片的扫描时序控制方法，包括如下步骤：

当扫描作业指令发起后，步进电机根据预先配置好的加减速表的信息，先加速运行到接近指定扫描区域后进入匀速运行状态；

当电机匀速运行到达预定扫描区域时，步进电机控制模块产生第一个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第一个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号（即CIS的主时钟信号、模拟输出启动脉冲信号、红绿蓝亮灯信号）对第一行进行扫描；

此后，步进电机每前进了一定距离，步进电机控制模块都产生一个行同步信号。

进一步的，所述CIS工作所需控制信号为CIS的主时钟信号、模拟输出启动脉冲信号和红绿蓝亮灯信号。

进一步的，对于彩色扫描，当第一行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序用以将输出红色数据进行采集；当第一行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的蓝色数据；当第二行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序，用以将输出红色数据进行采集；当第二行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行时，依次亮红灯并采集上一行蓝色数据，亮绿灯并采集最后一行红色数据，亮蓝灯并采集最后一行绿色数据；并且扫描时序控制模块将最后一行蓝色数据采集完。

进一步的，所述AFE工作时序为AFE的时钟信号、模拟信号采样脉冲信号。

进一步的，对于单色扫描，当第一行灯点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的数据；当第二行灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行，亮灯扫描最后一行并采集上一行数据，最后扫描时序控制模块将最后一行数据采集完。

本发明的用于多功能打印机芯片的扫描时序控制方法将CIS、AFE和步进电机控制做到了一体化，即引入电机的运行状态来控制产生CIS和AFE工作时序，从而能够做到对图片进行等间隔的扫描；根据CIS输出信号的特性，使CIS和AFE的控制时序做到更紧凑，从而提高扫描效率。

附图说明

图1是常用CIS驱动控制时序；

图2是一种典型的图像扫描采集系统；

图3是现有技术彩色扫描亮灯与数据输出控制关系；

图4是现有技术单色扫描亮灯与数据输出控制关系；

图5是现有技术电机与扫描行所在位置关系；

图6是本发明彩色扫描亮灯与数据输出控制关系；

图7是本发明单色扫描亮灯与数据输出控制关系；

图8是本发明电机与扫描行所在位置关系；

图9是本发明运用实例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

基于CIS亮灯和输出数据的时序关系，如图6和图7所示，为本发明的彩色和单色扫描控制CIS亮灯到AFE输出数据间的关系示意图。

当扫描作业指令发起后，步进电机根据预先配置好的加减速表的信息，先加速运行到接近指定扫描区域后进入匀速运行状态；

当电机匀速运行到达预定扫描区域时，步进电机控制模块产生第一个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第一个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号（即CIS的主时钟信号、模拟输出启动脉冲信号、红绿蓝亮灯信号）对第一行进行扫描；

（1）对于彩色扫描，当第一行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序（即AFE的时钟信号、模拟信号采样脉冲信号），用以将输出红色数据进行采集；当第一行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的蓝色数据；当第二行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序，用以将输出红色数据进行采集；当第二行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行时，依次亮红灯并采集上一行蓝色数据，亮绿灯并采集最后一行红色数据，亮蓝灯并采集最后一行绿色数据；并且扫描时序控制模块将最后一行蓝色数据采集完。

（2）对于单色扫描，当第一行灯（红灯/绿灯/蓝灯）点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的数据；当第二行灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行，亮灯扫描最后一行并采集上一行数据，最后扫描时序控制模块将最后一行数据采集完。

如图8所示，为本发明步进电机与扫描行所在位置之间的关系。由于CIS和AFE工作所需控制时序与步进电机的运行状态相关，即步进电机每次走过等距离d，则产生扫描对应行所需的CIS和AFE控制时序，从而做到对图像进行等间距的扫描。

本发明可运用于图9所示扫描模块的研制当中，其主要包括寄存器模块、扫描控制模块、中断控制模块，CIS/AFE时序产生模块、AFE输出数据采集模块和数据打包输出等模块，各模块的功能如下：

总线从机接口模块：负责完成对寄存器模块的读写；

寄存器模块：寄存器模块用于接收存储总线从机接口发过来的配置信息，并分发给CIS/AFE时序产生模块、AFE输出数据采集模块、中断控制模块、扫描控制模块、数据打包输出模块等；

CIS/AFE时序产生模块：该模块在扫描控制模块输出信号的控制下，用于产生CIS和AFE工作所需的控制信号；

AFE输出数据采集模块：该模块将外部AFE芯片以4比特或8比特形式输出的数据进行拼接成16比特的像素点，并将其输出到数据打包模块；

数据打包输出模块：该模块主要接收来自AFE输出数据采集模块的数据，并以8拍或16拍突发形式写入到缓存器中；

数据输出缓存模块：该模块负责临时存储来自数据打包输出模块通过总线传输过来的扫描数据，并且该模块包含DMA硬件握手接口，以支持通用DMA将缓存器中的数据快速搬走；

扫描控制模块：该模块接收外部输入信号，并负责整个扫描模块的调度；

中断控制模块：中断产生模块从状态机模块收集异常信息、开始和结束等关键信息，产生对应的中断信号，并将此中断信号伸出提供给片上系统（SoC）使用。

整个系统的工作流程如下：

在扫描模块开始工作之前，需要CPU配置脉冲调制模块和扫描模块（包括CIS/AFE时序产生模块、数据采集模块、扫描控制模块等）内部寄存器，并将步进电机所需加减速表数据预先存入存储器当中；

进一步的，扫描模块开始工作后，通用DMA将数据从存储器搬到脉冲调制模块的内部FIFO中产生驱动步进电机所需控制信号，步进电机带动扫描头前进，当步进电机走到指定扫描区域后脉冲调制模块产生第一个行同步信号，扫描控制模块接收到所给的行同步信号后，驱动AFE/CIS时序发生模块产生CIS工作所需的控制信号（即CIS的主时钟信号、模拟输出启动脉冲信号、红绿蓝亮灯信号）对第一行进行扫描；

（1）对于彩色扫描，当第一行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序（即AFE的时钟信号、模拟信号采样脉冲信号），用以将输出红色数据进行采集；当第一行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的蓝色数据；当第二行红灯点亮完后，触发控制点亮绿灯和产生AFE工作时序，用以将输出红色数据进行采集；当第二行绿灯点亮完后，触发点亮蓝灯和产生AFE工作时序，用以将输出绿色数据进行采集；当第一行蓝灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行时，依次亮红灯并采集上一行蓝色数据，亮绿灯并采集最后一行红色数据，亮蓝灯并采集最后一行绿色数据；并且扫描时序控制模块将最后一行蓝色数据采集完。

（2）对于单色扫描，当第一行灯（红灯/绿灯/蓝灯）点亮完后，等待第二个行同步信号；

当步进电机前进了一定距离，步进电机控制模块产生第二个行同步信号；

当扫描时序控制单元接收到第二个行同步信号后，触发产生CIS工作所需控制信号对第二行进行扫描，同时产生AFE工作时序，用以采集上一行的数据；当第二行灯点亮完后，等待第三个行同步信号；

如此循环，直到扫描到最后一行，亮灯扫描最后一行并采集上一行数据，最后扫描时序控制模块将最后一行数据采集完。

进一步的，CIS输出的模拟信号经过AFE芯片的增益补偿，A/D变换后，以4bit/8bit形式输入到数据拼接模块进行拼接成一个16bit形式的像素点，并输出到数据打包输出模块；

进一步的，数据打包输出模块将接受到的数据以8拍或16拍突发形式写入临时的缓存器中；

进一步的，通用DMA将数据缓存器中的数据搬运到外部存储器中，扫描工作完成。