7.3.3. Лазерные принтеры

Принцип действия лазерных печатающих устройств схож с принципом действия электростатических копировальных устройств (рис. 19.6).

Центральным элементом системы лазерного печатающего устройства является вращающийся барабан, покрытый чувствительным полупроводниковым слоем, заряженным в темноте, подобно конденсатору. При освещении конкретной точки на поверхности барабана, полупроводниковый слой становится проводящим в этой точке и в ней происходит разряд. Данные, от ПЭВМ преобразуются с помощью лазерно-оптической сканирующей системы в сигналы, моделирующие лазерный луч. При облучении точки поверхности барабана лазерным лучом переменной интенсивности остаточный разряд оказывается пропорциональным изменению интенсивности лазерного луча, и на поверхности барабана создаётся невидимое электростатическое изображение строки или страницы информации. Затем это изображение проявляется с помощью электростатически заряженной пылеобразной краски из пластмассовых частиц. Краска прилипает к поверхности барабана только там, где есть статический заряд (необлучённое пространство). Далее изображение при воздействии электростатического поля переносится на бумагу путём расплавления краски специальными лампами.

Управление печатающими устройствами в основном осуществляется с помощью команд и кодов, стандартизованных фирмами Epson и IBM. Наиболее распространённые команды для любых типов принтеров, а также символы, воспринимаемые принтером как коды, заимствованы из набора символов кода ASCII. Управляющие последовательности начинаются специальным символом ESC (значение в коде ASCII - 27).

Вопросы к лекции

1. Нарисуйте функциональную схему блока управления любого печатающего устройства на основе известного Вам микроконтроллера с возможностью подключения печатающего устройства к магистральному порту (II вариант).

2. Напишите на любом языке программирования процедуру драйвера для загрузки в печатающее устройство переменного знакогенератора.

Устройства оперативного взаимодействия.

Любая вычислительная система является сугубо интерактивной, т.е. системой типа "человек-машина", где обработка информации осуществляется как техническими средствами ЭВМ так и человеком пользователем.

Потоки информации в современных ВС отличаются большой интенсивностью, величина которой определяется "человеческой" компонентой, как наиболее медленной частью ВС.

Анализ процесса восприятия информации человеком показывает, что наибольшая интенсивность восприятия информации достигается по зрительному каналу.

Эта особенность привела к бурному развитию технических средств визуального изображения информации – дисплеи, и ее ввода - клавиатура, планшеты / световое перо и т.д.

Дисплеи.

В настоящее время существует широкий набор дисплеев различного назначения. В рамках ТС широко используются алфавитно-цифровые и графические дисплеи.

Алфавитно-цифровые дисплеи (АПД) позволяют отображать только алфавитно-цифровую информацию. Графические дисплеи (ГД) могут отображать как графическую, так и алфавитно-цифровую информацию.

Основными параметрами дисплеев определяются:

- объем отображаемой информации;

- размеры рабочей области экрана;

- качество формируемого изображения;

- число отображаемых элементарных элементов изображения;

- принципом формирования изображения.

Наиболее распространенным техническим устройством оперативного взаимодействия, входящим как в состав ВВК, так и специальных САПР, является алфавитно-цифровой дисплей. Упрощенная блок-схема АЦД представлена на (рис.11а).

----------------------------¬

-----------+Устpойство синхpонизации и ¦

¦ ¦ упpавления ¦

¦ L--------------T-------------

¦ ¦

¦ ¦

¦ ¦

---------¬ ------+---¬ ---------------+------------¬

¦блок со-¦ ¦буфеpная ¦ ¦ знакогенеpатоp ¦

ЭВМ <->+пpяжения+<-->+память +------+ ¦

L--------- L-----T---- L--------------T-------------

¦ ¦

¦ ¦

-----------+---¬ ---------------+------------¬

¦ клаввиатуpа ¦ ¦усилитель фоpмиpователь ¦

L--------------- L----T---------T--------T----

¦ ¦ ¦

---------------------------+----¬ ¦ ¦

¦ отклонение по Х ¦ ¦ ¦

+-------------T------------------ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦

¦ +----------------------+---¬ ¦

¦ ЭЛТ ¦ упpавление яpкостью ¦ ¦

¦ +--------------------------- ¦

¦ ¦ ¦

+-------------+-------------------------------+--¬

¦ отклонение по Y ¦

L-------------------------------------------------

Рис. 11а. Блок-схема АЦД

Объем отображаемой информации АЦД определяется максимальным числом символов, выводимых на экран, и задается там, где максимальное число в строке.

Для современных дисплеев длина строки стандартизирована следующим рядом (64, 80), число строк, как правило, не превышает 25 (см. табл.). Набор символов, отображаемых на экране, также ограничен и составляет 128-160 в зависимости от типа применяемого в дисплее знакогенератора, характеристики которого определяют и качество формируемого изображения.

Знакогенератор служит для выполнения преобразования "код -аналоговый сигнал". При этом аналоговый сигнал является управляющим воздействием на отклоняющую систему ЭЛТ, необходимым для построения изображения символа. В дальнейшем будем рассматривать знакогенератор как устройство для выполнения преобразования "код-изображение". Поскольку" рассмотрение вопроса формирования на рабочей поверхности ЭЛТ достаточно специфично (см. ).

В настоящее время существует два основных подхода к построению изображения символа:

- векторный, при котором изображение символа формируется произвольным движением луча по рабочей поверхности ЭЛТ;

- растровый, при котором движение луча по рабочей поверхности ЭЛТ постоянно по сточкам (растру), а формирование изображения осуществляется путем изменения интенсивности луча (управление яркостью). Следует отметить, что как для векторных и для растровых дисплеев наиболее сложной технической задачей является осуществление операции "код-изображение", выполняемой знакогенератором.

Знакогенераторы АЦД.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие типы знакогенераторов:

- масочный (штриховой) знакогенератор;

- матричный (растровый) знакогенератор;

- знакогенератор на фигурах Лиссажу.

Следует отметить, что использование матриц 5х7 и 7х9 приводит к появлению меньшего числа ошибок при восприятии, чем матрицы с другими размерностями (например, 5х5, 5х9, 6х8).

Процесс формирования изображения символа матричным методом основан на последовательном сканировании строк (столбцов) задающей матрицы и формировании изображения точек, необходимых для получения изображения соответствующего символа.

Не обладая существенными достоинствами, матричный знакогенератор получил распространение в растровых АЦД, а также в ряде АЦД, использующих нетрадиционные принципы формирования изображений - газоразрядные, жидкокристаллические, электролюминисцентные и т.д..

Выше были рассмотрены знакогенераторы, позволяющие получить изображение символа, пригодного к восприятию, но не обладающего качеством, сравнимым с качеством изображения символов, получаемых в наиболее распространенных технологиях ( например, полиграфии).

Знакогенератор на фигурах Лиссажу позволяет получить качественные изображения символов, качество достигается за счет уменьшения дискретизации изображения символа, в подобных знакогенераторах в качестве элементов символа используются фрагменты фигур Лиссажу, что позволяет осуществить их плавное сопряжение и тем самым повысить качество изображения.

Масочный знакогенератор.

Основным свойством масочного знакогенератора является формирование изображения символа в виде ряда (набора) коротких отрезков.

При этом полный набор отрезков представляет собой специальным образом организованную систему-маску (рис.11б), которая характеризуется числом элементарных отрезков и их расположением. Подобный принцип используется в индикаторе электронных часов.

Рис.11б. Пример маски, состоящей из 16-ти отрезов.

Фиксированное расположение каждого отрезка позволяет упростить процесс формирования изображения символа. Этот процесс представляет собой последовательное прохождение электронного луча (сканирование) всех элементов (отрезков) маски (выполняется отклоняющей системой) и включением луча в момент прохождения необходимых к прорисовке элементов маски (выполняется управлением яркостью).

Пример.

Для маски, представленной на рис. для получения изображения символа "3" необходимо прорисовать отрезки 2, 3, 6, 7, 12, 14.

Поскольку набор управляющих воздействий всегда постоянен для принятой маски, то функция знакогенератора сводится к формированию специального управляющего сигнала для системы управления яркостью. Этот сигнал носит дискретный характер (два состояния: включить луч, выключить луч) и хорошо кодируется двоичным кодовым словом, число разрядов которого равно числу элементов маски.

В настоящее время в современных АЦД используются маски, содержащие 16-32 элемента. АЦД, построенные с использованием масочных знакогенераторов. Обладают минимальной стоимостью и широко используются в качестве устройств ввода-вывода в рамках технических средств БВК (табл. ).

К недостаткам подобных систем относится трудность регулировки устройства и как следствие наличие дефектов в формируемых изображениях символа. Масочные знакогенераторы используются в векторных АЦД.

Матричный знакогенератор.

Матричный знакогенератор позволяет осуществить формирование изображения символа в виде совокупности точек.

Множество точек, используемых для построения символа, и их расположение фиксировано, и задается матрицей. Матрица задает основной формат символа, и как правило имеет размерность 5х7 или 7х9 точек (рис.11в).

Основной формат

Рис. 11в. Точечная матрица 5х7

Размеры точек могут быть выбраны большими Рис. Х (тогда за счет их перекрытия создается эффект непрерывности изображения). Либо маленькими Рис. Е (изображения символа будет состоять из дискретных элементов). Однако это различие не должно влиять на опознаваемость символа. Однако сложность технической реализации подобных устройств ограничивается их применением в качестве АЦД.

Кроме построения отдельного символа знакогенератор выполняет функцию построения строки, которая реализуется как многократная функция построения изображения символа и перемещения задающего элемента (маски, матрицы и т.п.) по позициям строки.

Другой важной составной частью АЦД является клавиатура. Это устройство занимает диапазон от стандартной клавиатуры ПМ до специальных блоков полностью состоящих из клавиш специального назначения.

Наиболее распространенная клавиатура содержит как клавиши цифрового назначения (функциональная клавиатура).

Алфавитно-цифровая клавиатура предназначена для ввода (набора) и редактирования (коррекции) текстовой информации. Функциональная клавиатура предназначена для выполнения управляющих воздействий или формирования изображений специальных символов, не входящих в набор символов АЦД.

С точки зрения формирования изображения символа отличие функциональной клавиатуры от алфавитно-цифровой в том, что построение символов, задаваемых функциональной клавиатурой выполняется без участия знакогенератора.

Наиболее характерным символом, управление которым осуществляется функциональной клавиатурой, является курсор (маркер) - специальный символ, задающий текущую позицию редактирования.

Процесс ввода и редактирование текстовой информации можно представить как процесс формирования кодов, вводимых символов в буферной памяти АЦД. При этом они индицируются на экране АЦД и могут быть переданы на обработку в ЭВМ.

В последнее время с целью расширения функциональных возможностей в состав АЦД включают микропроцессорные устройства, позволяющие реализовать некоторые функции обработки информации без участия ЭВМ.

Такие АЦД, получившие название интеллектуальных, обычно используются в составе рабочих станций.

Графические дисплеи.

Графики не только средство взаимодействия человека с ЭВМ, но и традиционное средство взаимодействия между людьми. Это относится и к процессу проектирования (основным продуктом любого процесса проектирования или конструирования является проектная документация, основная часть которой - графические документы).

Эти особенности определяют важность включения графических устройств в ТС.

В настоящее время существуют три основных класса графических устройств:

- графические устройства ввода (световое перо, планшет и т.д.);

- графические устройства оперативного взаимодействия (графические дисплеи);

- графорегистрирующие устройства (графопостроители и координатографы).

Следует отметить, что разделение графических устройств ввода и графических дисплеев в достаточной мере искусственно, так как современные графические дисплеи содержат в своем составе необходимые устройства графического ввода (например, световое перо).

Графические дисплеи (ГД) являются наиболее сложными техническими средствами и как правило, состоят из следующих основных функциональных блоков;

- устройство отображения графической информации (монитор);

- устройство ввода графической информации;

- графический процессор;

- функциональная клавиатура;

Характеристики ГД в основном определяются параметрами этих устройств, к которым относятся:

- способ построения графического изображения;

- физический принцип формирования изображения.

Основной характеристикой ГД является принятый способ построения графического изображения.

Различают два основных способа:

- векторный - при котором изображение представляет собой совокупность графических элементов (точек, дуг, отрезков линий), каждый из которых формируется, последовательно, аппаратурой дисплея. При этом перемещение рисующего изображение элемента произвольно;

- растровый - при котором перемещение рисующего элемента фиксировано (по строчкам растра), а изображение представляет собой совокупность точек растра (для дуг, отрезков, или более сложных графических элементов).

Способ построения графического изображения определяет специфику аппаратной реализации ГД в части устройства отображения и графического процессора, но не связан с особенностями построения устройств ввода и функциональной клавиатуры.

Рассмотрим подробнее характеристики ГД в рамках основных функциональных элементов.

МОНИТОР.

Основным элементом монитора является устройство, позволяющее формировать динамическое графическое изображение, наиболее распространенным устройством такого типа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Однако с развитием полупроводниковой технологии в качестве подобных устройств могут быть использованы устройства, основанные на других физических принципах (лазерное, жидкокристаллическое и т.д.).

На рис.12. приведена схема ЭЛТ. Электронная пушка испускает поток электронов, движущихся между ускоряющей и отклоняющей системе по направлению к экрану, покрытому люминофором. Ускоряющая и отклоняющая системы с помощью электростатического или магнитного поля направляют этот поток в конкретную точку экрана. По достижении потока люминофора он испускает видимый свет, отклонение луча от начальной точки и его перемещение приводит к появлению светящегося следа на люминофоре или изображения графического элемента (точки, прямой, отрезки прямой).

Электронная пушка электронный луч люминофор

Отклоняющие системы

Рис.12. схема ЭЛТ

Поток электронов создается обычно с помощью термоэмиссии, ускорение электронного пучка осуществляется электростатическим способом (напряжение киловольты). Фокусирующая система использует либо электрическое, либо магнитное для фокусирования электронного луча таким образом, чтобы он сходился в небольшую точку на поверхности экрана (на люминофоре). Наиболее важной частью ЭЛТ является отклоняющая система, с помощью которой собственно рисуется изображение на экране.

При электростатическом отклонение в горловину ЭЛТ встраиваются два комплекта пластин (рис.12). Электронный луч проходит сначала через отклоняющую систему по одной координате (отклонение), а затем через отклоняющую систему по другой координате (Х отклонение). Величина отклонения определяется величиной приложенного к пластинам напряжения.

Электромагнитные отклоняющиеся системы состоят из двух катушек, охватывающих горловину трубки. Поле одной катушки отклоняется электронный луч по одной из координат. По сравнению с электростатической системой магнитная отклоняющая система имеет ряд существенных преимуществ:

- простота конструкции и как следствие малая стоимость;

- простота управления яркостью и меньше линейные размеры минимального пятна электронного луча (возможность применения большого ускоряющего напряжения и линейная зависимость между ускоряющим и отклоняющим напряжением - в электростатических системах такая зависимость квадратичная);

- малые размеры трубки (длина ЭЛТ);

- расположение аппаратных средств отклоняющих систем вне объема ЭЛТ.

Элементом ЭЛТ, отвечающим за формирование видимого изображения, является люминофор.

Основной характеристикой люминофора являются параметры его свечения под действием электронного луча, в зависимости от типа люминофора это свечение вызывается либо флуорисценцией, либо фосфорисценцией.

Основной параметр свечения люминофора - это время после свечения, т.е. промежуток времени, в течении которого свечение люминофора снизится до 10% от начального уровня после удаления электронного луча. Время после свечения определяет выбор частоты регенерации (число повторений формирования - рисования изображений в 1 сек.), необходимой для получения изображения люминофора.

Частота генератора, при которой изображение перестает восприниматься как мерцающее, называется частотой слияния, минимальное значение частоты слияния для человека колеблется от 20 до 30 Герц. Но обычно не принимают равной 24 Герц (частота смены кадров при показе кинофильмов).

В настоящее время ГД используются различные люминофоры, обладающие различным временем послесвечения 10 Мкс - 60 Мкс. Такие ГД получили название ГД с регенерацией изображения в отличие от ГД с запоминающей трубкой, для которых время послесвечения может быть увеличено до нескольких минут путем применения специальных методов (см. приложение1). Качество отклоняющей системы люминофора определяют ряд внешних параметров:

1. Разрешающая способность ГД, которая определяется как максимальное число различаемых линий на 1мм и зависит от качества отклоняющей системы (точность позиционирования луча), качества фокусирующей системы (линейные размеры пятна).

Следует отметить, что при растровом способе построения графического изображения разрешающая способность определяется как общее число строк растра, а не числом на единицу длины. Кроме того, разрешающая способность растровых дисплеев определяется качеством системы управления яркостью и задается как максимальное число различаемых точек на единицу растра (зависит от размера пятна электронного пятна электронного луча на люминофоре).

2. Скорость дисплея, которая определяется как среднее время перемещения луча в некоторую позицию экрана и изображение в ней точки.

Кроме того для векторного ГД скорость определяет

3. Объем информации, который можно отобразить на экране без мерцания. Этот объем обратно пропорционален времени дисплея. Для растровых дисплеев объем информации определяется параметрами системы управления яркостью (число точек на единице длины растра) и разрешающей способностью.

Наряду с ЭЛТ в некоторых ГД используются приборы, использующие отличные от ЭЛТ физические принципы формирования изображения.

К таким приборам относятся светодиодные матрицы и жидкокристаллические панели и лазеры. Оба типа приборов уже нашли широкое применение в качестве индикаторов наручных часов и калькуляторов.

Обычно светодиодные и жидкокристаллические индикаторные панели, используемые в ГД, представляют собой панель, объединяющую множество дискретных индикаторных элементов. Каждый элемент может быть выборочно включен или выключен. Включение соответствующих групп ячеек приводит к формированию соответствующего изображения.

Структура индикаторной панели представляет собой совокупность линеек индикаторных элементов (совокупность строк и точек в строке). Поэтому при формировании изображения используется растровый способ или его модификации.

Лазерные дисплеи обладают характеристиками, присущ векторными дисплеями. Недостатком лазерных дисплеев является относительно высокая стоимость и сложность их аппаратной реализации.

ЛЕКЦИЯ8

Видеомониторы и видеоадаптеры

План

1. Типы видеосистем.

2. Видеоадаптеры.

2.1. Графические видеоадаптеры точечные.

2.2. Графические видеоадаптеры векторные.

2.3. Графические видеоадаптеры растровые.

3. Способы формирования цветного изображения.