www.amapro.cz & David Bazala [Digitální technika]

Otevře webové stránky AmaPro


Otevře hlavní stránku společnosti AmaPro
Internetové stránky určené pro studenty středních a vysokých odborných škol.


amapro.cz/odkazy Projekt eliminuje vyhledávání klíčových slov na komerčních stránkách a v e-schopech.





Tisková hlava



Obr.1: a) připojení tiskové hlavy k I/O bráně; b) připojení elektromagnetů tiskové hlavy

Na obr.1a je znázorněná tisková hlava, která je připojená na jednosměrnou I/O bránu. Velikost I/O brány je dána osmi bity, což umožňuje obsluhovat osm jehliček. Jehličky tiskové hlavy jsou znázorněny na obr. 1b. Jehličky jsou mechanicky spojeny s elektromagnety, které jsou aktivovány spínacími členy. Elektromagnety jsou napájeny ze speciálního zdroje, které není součástí logických obvodů. Aktivace spínacího členu je provedena aktivačním bitem, který je výstupem z I/O brány. Jeden výstupní bit je jedna jehlička. Jehličky jsou vertikálně rozpoloženy a tisk probíhá zaráz v jedné vertikální liště. Pro zobrazení příslušného znaku je zapotřebí daný počet vertikálních lišt, které tvoří vertikální fragment.
I/O brána je jednosměrná a z jedné strany vstupují data z memory bufferu a to s aktivačním vstupem W. Na žádost bitu R jsou aktuální data paměťových buněk přivedena na aktivační vstupy spínacích členů. Logická jednička na aktivačním vstupu spínacího členu aktivuje elektromagnet, který vystřelí jehličku. Logická nula neaktivuje elektromagnet a jehlička zůstane v klidu. Vystřelená jehlička způsobí přes otiskovou pásku otisk černé tečky na papíře.

Načítání dat do I/O brány z memory bufferu

Obr.2: Blokové schéma připojení I/O brány k memory bufferu

Na obr. 2 je znázorněno blokové schéma memory bufferu MEM_B. MEM_B se opět skládá z většího počtu jednosměrných I/O bran, které jsou jednou stranou připojeny ke sběrnicovému systému CPU. Jedná se o bezprostřední fyzickou vyrovnávací paměť tiskové hlavy. Její velikost je například 256 Bajtů. Adresace pro lokální CPU je dáno od $00 do $ff. Tato vyrovnávací paměť je schopná pojmout 256 vertikálních tiskových lišt.

Poznámka: Bude-li jeden znak prezentován maticí 8x8, lze dopředu uložit 32 znaků.

Poznámka: Je nutné si uvědomit, že MEM_B již obsahuje skutečné obrazy otisků na papíře.

Lokální CPU již dekóduje předobrazy otisků vertikálních lišt. Uživatelská data pro tisk jsou již softwarově předzpracovaná. Lokální CPU staví data do MEM_B pro skutečný obraz tisku. Tyto data mohou být již vygenerované matice použitého fondu písma nebo data grafického obrazu.

Druhá strana paměťových I/O bran MEM_B je připojená na centrální sběrnici CDSB. CDSB tvoří fyzicky nezávislou sběrnici a jejím úkolem je posílat data z MEM_B do tiskové I/O brány. Adresace CDSB je odvozená od velikosti MEM_B. V našem případě je adresace od $00 do $ff, což vyžaduje osm adresních vodičů. Ty nejsou na obr. 2 znázorněny. Aktivace jednotlivých I/O bran v MEM_B je provedená aktivačním vstupem R u každé z 256 I/O bran. O příslušnou aktivaci I/O brány v MEM_B se stará budič CDSB lokálního CPU.
CDSB je připojená paralelně na jednotlivé bity ve všech 256 I/O branách MEM_B. CDSB je také připojená na vstupní bity I/O brány tiskové hlavy. Tím je umožněn přenos obsahu kterékoliv I/O brány z MEM_B do I/O brány tiskové hlavy. Veškerou činnost spojenou s přenosy dat (obsahů vertikálních tiskových lišt) obstarává lokální CPU. Ukázku přenosů dat můžeme vidět na animaci 1.

Anim. 1: Ukázka přenosů dat z jednotlivých I/O bran MEM_B do tiskové I/O brány Před vlastním procesem přenosu tiskových dat do tiskové hlavy jsou načteny skutečné obrazy vertikálních tiskových lišt do MEM_B. To zajistí CPU, které převede požadavky tisku na formát tiskové hlavy jehličkové technologie. Připravený obraz tiskových vertikálních lišt je tedy obsažen již v MEM_B. Předpřipravená velikost tiskových dat je v našem případě 256 vertikálních tiskových lišt, nebo-li 256x8 tiskových bodů v jehličkové matici. Úkolem lokálního CPU je za pomocí CDSB postupně přenést obsah MEM_B do I/O tiskové brány, která jej otiskne na papír.

Celý proces, který bylo možné vidět na animaci 1 je proveden pro všechny I/O brány v MEM_B s příslušnými aktualizacemi horizontálních a vertikálních ukazatelů na polohu tiskové hlavy. Od adresy $00 do $ff je proveden tisk uložených dat na papír pomocí tiskové hlavy. Ta je pomocí vertikálního servomotoru posunována synchronně s právě přenášeným obsahem na CDSB.

Řízení posuvu tiskové hlavy ve vertikálním směru

Obr.3: Blokové schéma řízení tiskové hlavy ve vertikálním směru

Konstrukční část

Na obr. 3 je principiálně znázorněna konstrukce vertikálního řízení tiskové hlavy. Tisková hlava se pohybuje po otočné ose, která je řízená servomotorkem. Servomotorek je připojen na speciální napájecí napětí, které není součástí napájení logických obvodů. Pro spuštění motorku je použit spínací člen, který je aktivován z CPU.

Poznámka: Na obrázku nejsou uvedeny detailní obvody pro řízení směru točení motorku a nejsou zakresleny obvody synchronizace fyzického pohybu tiskové hlavy. Vše je pro jednoduchost přidělené registru REG_vertikal.

Tisková hlava obsahuje již dříve uváděnou tiskovou I/O bránu, která je spojená s deskou plošných spojů speciálním ohebným kabelem. Pohyb tiskové hlavy zajišťuje servomotor vertikálního směru. CPU posílá data tisku do tiskové hlavy, která provede otisk v právě se nacházející vertikální poloze. CPU musí vědět, kde se právě tisková hlava nachází. CPU má ve své pamětí speciální registr REG_vertikal, který je aktuálním ukazatelem na vertikální lištu.

Poznámka: REG_vertikal je plně na bázi softwarového pseudopočítání. Je ovšem synchronizován čidly, který se starají o zvýšení přesnosti pseudopočítání.

Motorek vertikálního směru je ovládán speciálními obvody, které umožňují jeho citlivé krokování v definovaných krocích. Krokování určuje CPU. Dle možností krokování motorku jsou určeny i výsledné kvalitativní schopnosti tiskárny. Nicméně pro CPU je to důležitý definiční prvek pro řízení tiskové hlavy. Výsledný maticový rastr je vytvořen z vertikálních lišt, které obsahují 8 teček pod sebou. Důležitým parametrem je vzdálenost jednotlivých vertikálních lišt. Dle formátu papíru pro tisk je určen i maximální počet vertikálních lišt, které je možné krokovat motorkem.

Poznámka: Jedná se o kvalitativní hodnocení jehličkových tiskáren, které je určeno z maximálního možného rozlišení při tisku. Jde tedy o schopnosti krokování motorku ve vertikálním směru, jak jsme si uváděli.

Ovšem pro CPU je maximální počet vertikálních lišt důležitý pro rezervaci bitové velikosti REG_vertikal. Pro CPU je každá poloha tiskové hlavy prezentována obsahem tohoto registru. Například: $00 - krajní levá poloha, $FF - krajní pravá poloha. Při 1Bajtové velikosti REG_vertikal by bylo možné krokovat tiskovou hlavu po 256 vertikálních lištách.

Poznámka: V praxi je nutné vyšších tiskových rozlišení. Proto je REG_vertikal složen ze dvou 1Bajtových slabik, které již umožňují 65536 kroků. Druhý Bajt nemusí být využitý celý.


Ukázka pohybu tiskové hlavy při tisku písmena M

Anim. 2: Ukázka pohybu tiskové hlav při tisku písmena M

Na animaci můžeme vidět, jak se v jednotlivých polohách tiskové hlavy mění aktuální data v tiskové I/O bráně. Jedná se o data, které jsou obstarávána pomocí CDSB z MEM_B. Sledujme také aktuální stav v registru REG_vertikal. S posunem tiskové hlavy se čítá i hodnota v tomto registru a je shodná s imaginárním rozvržením na papíře.


Řízení horizontálního kroku tiskové hlavy

Konstrukční část

Obr.4: Konstrukční schéma horizontálního řízení tiskové hlavy

Horizontální řízení tiskové hlavy bývá zpravidla řešeno otočným válcem (obr. 4), které pohybuje s papírem v horizontálním směru tisku. Pro CPU není technické řešení horizontálního pohybu přiliž podstatné. Aplikuje metodu aktuálního ukazatele na horizontální lištu pomocí registru jako u vertikálního směru. Zavádí REG_horizont. Jeho velikost je 1B, což umožňuje 256 horizontálních kroků. Kroky jsou řízeny z CPU pomocí servomotorku pro řízení otočného válce horizontálního pohybu.

Poznámka: Počet kroků ve horizontálním kroku je délkově ovlivněn konstrukcí tiskové hlavy. Tu jsme si pro jednoduchost zvolili osmijehličkovou. Jehličky jsou umístěny pod sebou, takže jeden horizontální krok je automaticky složen z osmi horizontálních linek.


Schéma pohybového pole tiskové hlavy

Obr. 5: Schéma pohybového pole na stránce papíru

Na obrázku 5 je znázorněn list papíru. Orámované pole je definičním prostorem pro možný pohyb tiskové hlavy. Aktuální pozice tiskové hlavy v mezních bodech (orámování) je fyzicky potvrzeno kontrolními optobránami. Aktivační bity z těchto optobran jsou informací pro CPU o synchronizaci (nulování) svých pseudo registrů, které tvoří aktuální ukazatelé na polohu tiskové hlavy. Z obrázku je patrné, že horizontální krok tiskové hlavy je definován počten jehliček pod sebou, které tvoří bitové horizontální linky. Znamená to, že posun tiskové hlavy o jeden horizontální krok je tiskový skok o 8 bitových horizontálních linek.

Poznámka: Jedná se o horizontální tiskový krok, který je aplikovaná na parametry tiskové hlavy (8 jehliček). V procesu zpracování například grafických dat budou aktuální i bitové horizontální linky. Ovšem tisková hlava má svůj formát, který je odvozen od velikosti tiskové hlavy. CPU převede jakákoliv tisková data na formát tiskové hlavy.


Horizontální a vertikální řízení

Obr.6: Funkční blokové schéma ovládacích prvků a čidel

Konstrukční část

Na obrázku 6 je funkční blokové schéma mechanických a elektrických prvků pro ovládání tiskové hlavy a mechanismu posuvu papíru. Dva hlavní servomotory jsou připojeny na speciální napájení, které není součástí napájení logických obvodů. Horizontální motorek převádí svůj točivý moment na válec, na kterém je pevně přidržen papír. Směr ovládání tohoto motorku je v jednom a to horizontálním směru tisku. Součástí horizontálního řízení tisku je i zpětný informační kanál, který je tvořen optobránou. Tato optobrána je přerušována mechanickou střelkou, která čítá počet otočných kroků servomotorku.
Vertikální motorek otáčí s osou, na které je umístěná tisková hlava. Otočný moment motorku je na rozdíl od horizontálního obousměrný a umožňuje pohyb hlavy zprava do leva a obráceně. Vertikální servomotorek je řízen spínacími prvky, které umožňují změnu polarity (tedy směru točení) a spínacím prvkem pro aktivaci motorku. I zde je zpětný informační mechanismus, který umožňuje sledovat krokování vertikálního servomotorku.
Z desky tištěných spojů je speciálním ohebným kabelem (vodivou paskou) přiveden zdroj aktivačních impulsu pro elektromagnety v tiskové hlavě. Kabel je konstruován tak, aby kladl minimální mechanický odpor ve všech polohách tiskové hlavy.
V tiskové konstrukční mechanice se objevují i speciální čidla, které CPU informují o specifických stavech. Nejzákladnější kontrola se provádí na stav papíru v tiskovém zásobníku. Na obr. 4 je znázorněné fotočidlo, které testuje konec papíru (i chybějící papír) v tiskovém zásobníku.

Obvodová část

Mechanická část tiskárny je řízená pomocí jednosměrných I/O bran, které jsou zapojené ve dvou režimech. První režim je ve stavu čtení, kdy jednotlivé bity I/O brány jsou připojeny k hlídacím čidlům. Jedná se o bity OV, OH a OP. Na bitech OV a OH se objevují logické impulsy, které jsou odrazem točivých momentů vertikálního a horizontálního servo motorku. Jak se točí motorek, tak jsou přenášeny na tyto bity impulsy. Zde jsou pomocí registru CPU čítány (event. odčítány) a ukládány do speciální paměti jako ukazatelé. Bit OP je určen k testování přítomnosti papíru v zásobníku. Není-li papír, je sesazená aktivní logická úroveň na bitu OP. Dle programového vybavení CPU je tisk pozastaven a inicializována rutina pro zprávu chybového stavu číslo např. 13.
Druhé zapojení I/O bran pro tiskovou mechaniku je ve stavu řídícím. Jedná se o bity MV a MH. Aktivní logické úrovně těchto bitů způsobují aktivaci servo motorků. Zjednodušeně se jedná o řídící pokyn z CPU start/stop, které jsou prezentovány jako log1/log0. Činnost motorků je plně ovládána z CPU, které za podpory ukazatelů na stav tiskové hlavy řídí posuv a směr motorků. Při pohybu tiskové hlavy CPU čítá svůj pseudo vertikální registr. Mezní body (krajní levá a pravá strana) jsou prezentovány $00 a např. $FF, které jsou vždy nastaveny při přerušení optobran v mezních bodech tiskové hlavy. V horizontálním směru je tisk zastaven softwarově při dosažení tisku konce stránky (určuje pseudo regist_horizont) nebo v případě aktivní logické úrovně na bitu OP (není papír).


Řízení vertikálního směru tiskové hlavy

Nový projekt AmaPro Jehličkové tiskárny

Pro výstup dokumentů napsaných v textovém editoru se používá tiskáren. Tiskárna je jedním s nejdůležitějších komponentů počítačové techniky. I tiskárna prošla určitým vývojem. Definujícími parametry tiskárny je kvalita, životnost tisku, rychlost tisku, cena tisku a provozu. Nejstarší tiskárny byly jehličkové.

Jehličkové tiskárny specifikoval počet jehliček, které byly řízeny elektromagnety. Jejich aktivace spočívala ve vystřelení jehličky přes tiskařskou pásku na papír. Důležité bylo mechanické řešení jehliček. U jednojehličkové tiskárny bylo řízení tisku jednoduché, ale značně zdlouhavé. Každý bod v rastru musel být proveden touto jednou jehličkou. Řízení tisku se provádělo tiskem postupně z leva doprava. Znaky byly vykreslovány postupně od shora dolů. Později se začalo tisknout i při návratu tiskové hlavy zprava do leva. Tisk byl velmi pomalý. Proto se použilo více jehliček, které se naskládaly podsebe. Nejčastěji se používaly 9 jehličkové tiskárny, později 24 jehličkové.

Princip tisku tiskové hlavy

Při průchodu tiskové hlavy bylo již možno tisknout znak celý. Řízení tisku bylo programově obtížnější, což způsobila devátá jehlička, která se nevešla do 1 bajtu. Vlastní řízení tisku bylo v posuvu tiskové hlavy v horizontálním rastrovém směru. Každém tomto posuvném kroku je přesunut tiskový obsah na řídící bity elektromagnetů. Elektromagnety dle vstupních dat vystřelí jehličky a otečkují papír. Dále se posune hlava ve směru tisku (např. zleva doprava) a proces se opakuje. Krokování posunu je synchronizováno testováním skutečného umístění tiskové hlavy. To se provádí pomocí otpobrány, která projíždí nalinkovanou průhlednou páskou. Ačkoliv je konec papíru (okraj) signalizován speciální fotobránou, řízení tisku konec pozná ve svém registru, kde se počítají kroky pohybu tiskové hlavy. Řízení tisku také používá registr, ve kterém se objeví obsah tisku. Tento obsah tisku je plně v moci software.

Pro další výklad principů tisku jehličkové tiskárny budeme pro jednoduchost uvažovat 8 jehličkovou tiskárnu. Pro aktivaci osmi jehliček je zapotřebí osmi bitů, což je jeden Bajt. V případě sledování stavů registru to bude jednodušší. V případě deváté jehličky by bylo za potřebí dalšího Bajtu, u kterého by byl využit jen jeden bit.

Anim. 3: Ukázka pohybu tiskové hlavy ve vertikálním směru
Na animaci 3 je možné sledovat simulaci pohybu tiskové hlavy z maximální levé krajní polohy ke středu papíru. V maximální krajní levé poloze je definován aktivní bit v optobráně OmaxL, který informuje CPU o fyzické, skutečné poloze tiskové hlavy. CPU bez jakéhokoliv ovlivnění předchozího čítaného pseudo reg_vertical nastaví obsah na $00. Po dobu, kdy bude bit OmaxL aktivní, bude reg_vertical roven $00. Na žádost CPU bude aktivován motorek v příslušném směru točení. Ten začne krokovat tiskovou hlavu k pravému kraji papíru.

Po dobu točení motorku se budou objevovat impulsy na optobráně OV, která je bude přenášet na vstupní bit I/O brány ve stavu čtení. Na základě těchto impulsů bude CPU čítat reg_vertical, který je ukazatelem na aktuální polohu tiskové hlavy. Při dosažení hodnoty $ff v tomto registru by měl CPU zastavit chod motorku. Pokud dojde k softwarové nekorektnosti, bude motorek zastaven aktivním příznakem na optočlenu OmaxP při dosažení maximální polohy tiskové hlavy v pravé části papíru.

Poznámka: Softwarovou nekorektností je míněn rozdíl pseudo čítaných vertikálních kroků a skutečná poloha tiskové hlavy. Zde může docházet díky mechanickým dispozicím k rozdílům v desetinách milimetrů.

Při dosažení maximálního pravého bodu tiskové hlavy je aktivní příznak na optobráně OmaxP, který je přenesen do I/O brány. Testovací cyklus CPU automaticky bez jakéhokoliv ovlivnění předchozího čítaného pseudo reg_vertical nastaví obsah na $ff. Pokud tiskne tisková hlava i ve zpětném směru, je obsah tohoto registru odečítán.

Na animaci si povšimněte aktivní logické úrovně na bitu OP. Jde o příznak z čidla pro test papíru v zásobníku. Celý proces pohybu tiskové hlavy je podmíněn splněním této podmínky. Tuto skutečnost testuje CPU v časovým mezerách, kde spouští rutinu pro test na přítomnost papíru. Není-li papír, je sesazená aktivní logická úroveň na bitu OP. Dle programového vybavení CPU je tisk pozastaven a inicializována rutina pro zprávu chybového stavu číslo např. 13.


Horizontální řízení směru tisku


Anim. 4: Ukázka řízení horizontálního směru tisku
Na animaci 4 je možné sledovat simulaci pohybu papíru v horizontálním směru tisku. Pohyb papíru je principiálně prováděn pootáčením válce, který je řízen horizontálním servomotorkem. Servomotorek je aktivován na základě požadavků z CPU pomocí aktivačního bitu MH. Aktivní logická úroveň na bitu MH způsobí propojení spínacího členu a následný průchod elektrického proudu motorkem. Točiví moment motorku je snímán optobránou a převáděn na sled impulsů, který se prezentuje na I/O bráně jako bit OH. Impulsní sled na bitu OH je zdrojem pro CPU při aktualizaci obsahu aktuálního stavu registru reg_horizont, který je ukazatelem na aktuální polohu tiskové hlavy (resp. papíru) v horizontálním směru tisku.

Poznámka: Aktuální horizontální poloha papíru je přepočítávána CPU z počtu přijatých impulsů na bitu OV. To je dáno konstrukcí elektormotorku a způsoby převodů točivého momentu. Při vývoji tiskárny se jednalo o tzv. kalibrování.

Z animace je vidět změna stavu bitu OP při opuštění papíru z tiskového zásobníku. Po dobu, kdy je papír vsunutý v zásobníku je přerušen světelný tok fotodiody tímto papírem. Výsledný logický stav na bitu OP je aktivní logická hodnota, která je zdrojem pro CPU o možnosti tisku. Není-li papír, je sesazená aktivní logická úroveň na bitu OP. Dle programového vybavení CPU je tisk pozastaven a inicializována rutina pro zprávu chybového stavu číslo např. 13.

Abecední seznam všech článků Vyhledání pojmů ve článcích




Elektronické firmy
Seznam firem zabývající se výrobou elektroniky či komponent
katalogy/firmy/elektro_www.php
Číslicová technika v telekomu
Publikace seznamuje s využitím základních sekvenčních obvodů v praktickém použití v telekomunikační technice.
knihy/cislicova_technika_telekom/
Digitální konstrukce
Velké množství schémat s integrovanými obvody
ar/konstrukce_ar_2/
Řazení typů součástek
Abecední katalog součástek
katalog_abc_soucastky.php
Zapojení kabelů
Popis vývodů a křížení různých propojovacích kabelů
konektory.php
Hledání schémat
Vyhledání elektronického schématu
fb_csm/vyhledavac_schemat.php
Hledání součástky
Vyhledání součástky dle katalogového označení
vyhledavac_soucastek.php
Katalog polovodičů
Analogové integrované obvody
obsah_katalog_tesla.php
Mikropočítače a jejich programování
Nízká forma programování, assembler a struktura procesorů.
knihy/mikropocitace/obsah_mikro1.php
Otevře stránky Fulltextové vyhledávání na celém serveru
Digitalizované odborné knihy
Velká encyklopedie pojmů a zkratek
Česko - anglicko - německý technický slovník
Klasický katalog firem, služeb a stránek
OnLine překladač  vět a textů (nepoužívá Google)
Stránky pro chvíle oddechu od studia, relaxace
Katalog českých firem dle technologií
Internetový odkazník
Otevře hlavní stranu pro oddíl digitálních technologií




 Wikipedie   Seznam stránek   Kapitoly témat   Významné servery   Klíčová slova 








Otevře hlavní stranu společnosti AmaPro

Všechna práva vyhrazena. Určeno jen pro osobní využití. Bez předchozího písemného souhlasu správce www.amapro.cz je zakázána jakákoli další publikace, přetištění nebo distribuce jakéhokoli materiálu nebo části materiálu zveřejněného na www.amapro.cz a to včetně šíření prostřednictvím elektronické pošty. Články, jejichž přímým autorem není amapro.cz lze publikovat pouze se souhlasem jejich majitelů či administrátoru příslušného webu.