1

SIO Laborator 2 IMPRIMANTE 2. Consideraţii teoretice 2.1. Tipuri de imprimante

Există numeroase criterii de clasificare a imprimantelor. Dintre acestea, amintim urmatoarele: 1) După principiul de funcţionare

Există două categorii importante: � imprimante cu impact � imprimante fără impact

La imprimantele cu impact, tipărirea se realizează prin intermediul unei benzi impregnate, deci există un contact mecanic între ansamblul de imprimare, banda impregnată şi hârtie. Avantajul acestora este că permit realizarea mai multor copii simultan, dar au dezavantajul că sunt relativ lente şi au un nivel de zgomot ridicat.

Câteva tipuri de asemenea imprimante sunt: � Imprimante cu caracter selectat, la care setul de caractere este dispus

pe un suport. Suportul poate fi: tambur, lanţ, bandă, un cap cilindric sau sferic, margaretă (“daisy wheel”), degetar.

� Imprimante matriciale, care pot fi cu ciocănele de tip lamelă sau cu ace.

La imprimantele fără impact, nu există un contact direct între ansamblul de imprimare şi hârtie. La unele imprimante, imaginea care va fi tipărită este formată iniţial pe un suport intermediar, urmând a fi transferată pe hârtie. Avantajul acestor imprimante este viteza ridicată, calitatea ridicată a textului sau a imaginii tipărite şi nivelul redus de zgomot. Dezavantajul este că nu pot produce mai multe copii simultan. Tipuri de imprimante din această categorie sunt:

� cu hârtie electrosensibilă � termice � electrostatice � electrofotografice � cu jet de cerneală � pe microfilm

2) După calitatea documentelor tipărite Există trei nivele de calitate:

� calitate redusă sau schiţă (Draft) � calitate medie (NLQ - Near Letter Quality) � calitate înaltă (LQ - Letter Quality)

3) După viteza de imprimare Există următoarele categorii:

� Imprimante serie, la care imprimarea se realizează caracter cu caracter, viteza lor fiind exprimată în caractere/s. Viteza ajunge până la câteva sute de caractere/s.

2

� Imprimante de linie, care tipăresc simultan toate caracterele dintr-o linie. Viteza se exprimă în linii/min, ajungând la câteva mii de linii/min la cele fără impact.

� Imprimante de pagină, care au memorii tampon de una sau mai multe pagini. Imprimarea se realizează după pregătirea în memorie a imaginii de tipărit pentru întreaga pagină, după care hârtia avansează continuu în timpul imprimării. Viteza poate ajunge până la 50.000 linii/min.

2.2. Structura generală a unui echipament de imprimare Principalele blocuri funcţionale sunt următoarele:

1. Blocul de imprimare; 2. Sistemul de avans al hârtiei; 3. Sistemul logic de comandă; 4. Interfaţa. Pe lângă aceste blocuri, mai pot exista alte subansamble specifice

diferitelor tipuri de imprimante. Sistemul logic de comandă al imprimantelor complexe are în componenţă

mai multe procesoare (Figura 2.1). Sistemele logice ale unor imprimante pot împărţi o pagină fizică în mai

multe zone sau pagini logice. Fiecare zonă poate fi mai mică sau egală cu o pagină fizică. Zonele se pot suprapune parţial, fiind posibilă realizarea unor pagini complexe. Pe lângă definirea limitelor şi a poziţiei zonelor în pagină, se pot specifica şi unele operaţii de prelucrare asupra zonelor (de exemplu, o rotire).

Figura 2.1 Sistemul logic de comandă al imprimantelor complexe

3

Imprimantele moderne dispun de un limbaj de comandă. Procesorul de comenzi controlează transferul datelor între calculator şi imprimantă, interpretează comenzile, prelucrează informaţiile care descriu o pagină şi memorează aceste informaţii în memoria de pagină.

Procesorul de zonă efectuează modificările specificate de utilizator asupra informaţiilor din memoria de pagină şi le transferă în bufferul de zonă, iar de aici către controlerul de imagine. Acest controler defineşte starea fiecărui punct al imaginii care va apare pe hârtie pe baza informaţiilor primite şi a formatelor de caractere care sunt memorate.

Datele care sunt pregătite pentru imprimare se transferă într-unul din acumulatoare. Acestea sunt memorii de mare capacitate, conţinând harta de biţi a imaginii care se va transfera pe pagina de imprimat.

Pentru creşterea vitezei, pot exista mai multe acumulatoare. În timp ce unul se utilizează pentru imprimare, al doilea (sau celelalte) pot fi încărcate cu o nouă pagină.

Un alt procesor comandă blocul de imprimare şi sistemul de avans al hârtiei. Acest procesor interpretează comenzile referitoare la formatul de tipărire care vor determina şi deplasarea hârtiei. 2.3. Imprimante electrofotografice

Metoda electrofotografică constă în încărcarea electrostatică diferenţiată,

prin expunere la lumină, a unui suport intermediar fotoconductor, de obicei un tambur. Imaginea latentă este apoi developată prin acoperirea cu toner, este transferată pe hârtie şi fixată (Figura 2.2).

Figura 2.2 Imprimanta electrofotografică

2

1 Doctor

Blade

Tambur

Hârtie Rolă de transfer Unitate de fixare

Unitate laser

Rază laserPerii de încărcare electrostatică

UNITATE DE CURĂŢARE

Lampă de descărcare

Recipient pentru

colectarea tonerului

Cartuş de toner

Roată deamestec

4

Încărcarea electrostatică se realizează de obicei cu o rază laser modulată, care baleiază rând cu rând suportul fotoconductor. Modularea se efectuează pe baza conţinutului memoriei de imagine. Toate operaţiile se efectuează în timpul mişcării continue a suportului fotoconductor.

Imprimarea unei pagini corespunde unui ciclu al sistemului (de exemplu, o rotaţie a tamburului). În vederea unui nou ciclu, imaginea veche este ştearsă prin expunerea întregii suprafeţe la lumina unei lămpi fuorescente, particulele de toner fiind îndepărtate.

Încărcarea suportului fotoconductor Substanţa fotoconductoare care acoperă tamburul este încărcată iniţial cu

un potenţial negativ (de exemplu, -750 V). Prin expunerea ulterioară la lumină, acest potenţial scade, în funcţie de intensitatea luminoasă (de exemplu, la -200 V). Această diferenţă de potenţial este corelată cu încărcarea particulelor de toner, astfel încât acestea să adere numai în zonele iluminate. Tamburul se acoperă cu substanţe fotoconductoare anorganice, de exemplu seleniu, sau substanţe organice (OPC - Organic PhotoConductor). Seleniul are dezavantajul că este toxic. Tamburul trebuie schimbat după un număr de pagini (de ordinul zecilor de mii de pagini).

Developarea La imprimantele electrofotografice se utilizează toner solid. În staţia de

developare, particulele de toner (cu diametrul de aproximativ 15 um) sunt amestecate cu particule magnetice purtătoare cu diametru mai mare (de exemplu, teflon). Datorită încărcării statice în timpul amestecării, particulele de toner sunt reţinute de câmpul magnetic al orificiului de developare. În porţiunile impresionate forţa de atracţie a suprafeţei tamburului depăşeşte forţa de reţinere, şi particulele de toner aderă pe tambur.

Transferul imaginii pe hârtie Imaginea este transferată pe hârtie prin aplicarea pe spatele acesteia a

unei sarcini electrostatice pentru a depăşi forţa de atracţie a tonerului de către fotoconductor.

Fixarea imaginii Se utilizează de obicei fixarea termomecanică. Hârtia este trecută între un

cilindru încălzit şi o rolă presoare. În zona de contact, temperatura (120 – 150 grade Celsius) şi presiunea produc topirea tonerului şi aderarea pe hârtie.

Sistemul optic Există mai multe metode de impresionare a suportului. Metoda cea mai

utilizată este cea prin modularea unei raze laser. Această metodă permite viteze mari şi o mare flexibilitate privind alegerea setului de caractere. Se utilizează de obicei laseri cu He-Ne care emit în infraroşu. Baleierea orizontală este realizată cu o oglindă poligonală rotitoare.

5

În locul razei laser şi al sistemului optic se mai poate utiliza un şir de diode luminiscente.

Calitatea imprimării depinde de: � caracteristicile materialului fotoconductor; � metoda de developare şi fixare; � calitatea tonerului. Vitezele care se pot obţine sunt mari, dar la viteze mari preţurile sunt

ridicate. Rezoluţia obişnuită este de 600 puncte/inch. 2.3.1 Tehnologii de realizare a imprimantelor electrofotografice

Există mai multe tehnologii de realizare a acestor imprimante, în funcţie de metoda de utilizare a cartuşelor cu toner:

� metoda revolver � metoda ”in line”

1) Metoda revolver implică imprimarea în patru paşi, la fiecare pas

depunându-se pe hârtie una din cele patru culori CMYB. Tonerul corespunzător celor 4 culori este depozitat în casete individuale, numite cartuşe de culoare. Aceste cartuşe se rotesc la fel ca gloanţele într-un revolver care “încarcă” culoarea necesară la fiecare trecere a hârtiei pe sub cap. Din acest motiv acest procedeu mai este numit şi principiul revolverului.

2) Metoda „in-line” de tipărire în culori, este asemănătoare cu metoda offset utilizată în tipografii. Uilizează 4 tamburi fotoconductori (de obicei din seleniu), câte unul corespunzător fiecăreia dintre cele 4 culori fundamentale. Cei 4 tamburi şi cartuşele cu tonerul corespunzător sunt dispuse unul după altul, în linie, de unde vine şi denumirea metodei “in-line”. Datele ce corespund imaginii color de imprimat pot fi transmise simultan la cele patru unităţi de impresionare. Imprimarea pe baza metodei “in-line” este descrisă în figura 2.8. Fiecare cartuş este activat doar atunci când rândul cu pixelii respectivei culori ajunge în dreptul fantei sale.

Sensul de

deplasare a h ârtiei

Casetă de hârtie

Bandă de transport Role de fixare

Unitate de impresionare

Cartuşe cu

toner CMYB

Figura 2.7 Imprimarea în culori pe baza principiului revolverului

6

2.4. Imprimante cu jet de cerneală Sunt formate din următoarele elemente principale :un rezervor de cerneală;

� un sistem de circulaţie a cernelii; � un sistem de generare şi accelerare a picăturilor de cerneală; � un sistem de dirijare şi amplasare pe hârtie a picăturilor.

Se utilizează trei tipuri de imprimante, în funcţie de metoda de generare a picăturilor:

1. cu jet continuu de picături; 2. cu picături comandate; 3. cu jet intermitent de picături.

Fiecare din aceste tipuri utilizează una din următoarele metode de dirijare şi amplasare a picăturilor:

� prin deflexie electrostatică; � prin deplasarea capului de imprimare sau a hârtiei şi comanda jetului

în poziţiile corespunzătoare punctelor care trebuie imprimate; � prin selectarea ajutajelor capului de imprimare.

2.4.1. Imprimante cu picături comandate

Picăturile sunt generate individual, formarea fiecărei picături fiind comandată de un impuls electric care determină deformarea pereţilor unor camere ale ajutajelor sau încălzirea cernelii. Dirijarea picăturilor se realizează de obicei prin selectarea ajutajelor unui cap multiplu (de exemplu, cu 7ajutaje), combinată cu deplasarea capului (Figura 2.4). Deoarece toate picăturile sunt utile, nu este necesar un sistem de recirculare şi filtrare a cernelii, ceea ce determină o simplificare a acestor imprimante.

Camerele ajutajelor sunt legate la o cameră comună alimentată de rezervorul de cerneală. Pentru ca cerneala să nu părăsească ajutajele atunci

Sensul de deplasare al

hârtiei

Casetă pentru hârtie

Unitate de fixare Bandă de transport

Cartuşe cu toner CMYB

Figura 2.8 Imprimarea în culori pe baza principiului “in - line”

7

când nu este comandată generarea, capul de imprimare conţine şi un regulator de presiune care menţine în camera comună o presiune uşor negativă. Camerele ajutajelor au câte un perete flexibil care poate fi deformat printr-un cristal piezoelectric. După generarea picăturii şi revenirea peretelui, camera este reumplută prin capilaritate.

Frecvenţa de generare este limitată de umplerea prin capilaritate şi de faptul că cerneala trebuie accelerată la fiecare nou impuls. Aceste imprimante au viteze mai reduse decât cele cu jet continuu.

Figura 2.4 Imprimanta cu picaturi comandate

2.4.2. Tehnologii de realizare a imprimantelor cu jet de cerneală

Există mai multe tehnologii de realizare a acestor imprimante, în funcţie de metoda de generare a picăturilor. Cele mai utilizate metode sunt:

� metoda termică � metoda cu cristal piezoelectric.

1) Metoda termică (cu bule - Bubble Jet) Capul de imprimare este format dintr-un rezervor de cerneală cu pereţi

elastici, în care se menţine o anumită presiune. Din acest rezervor cerneala ajunge în camera de generare a picăturilor, care este prevăzută cu un ajutaj în care cerneala pătrunde prin capilaritate. Pe unul din pereţii camerei se află un element încălzitor realizat sub forma unei pelicule subţiri.

Generarea unei picături se realizează prin încălzirea foarte rapidă a cernelii (cu câteva sute de Cº pe us). Se va încălzi numai un strat subţire de cerneală care este în contact direct cu încălzitorul, şi care va ajunge la temperatura de fierbere. Orice mică bulă de aer aflată în această zonă îşi va mări volumul. La evaporarea cernelii, se produce o presiune suplimentară care generează o picătură, expulzată prin ajutaj.

Metoda termică(Figura 2.5) este utilizată de imprimantele firmelor Hewlett-Packard şi Canon. Alţi producători, ca Apple şi IBM, îşi procură subansamble

8

pentru propriile imprimante de la firma Canon. Această metodă a fost preluată şi de producătorii de plottere (de exemplu, familia TechJET Designer a firmei CalComp şi familia DesignJet a firmei HP). 2) Metoda piezoelectrică

Se bazează pe efectul piezoelectric(Figura 2.6).Dacă se exercită o presiune asupra unui cristal piezoelectric, se va produce o tensiune electrică. Dacă se aplică o tensiune electrică unui cristal piezolectric, acesta va suferi o deformare mecanică. În cele mai multe cazuri, se utilizează un disc piezoelectric care se deformează atunci când i se aplică o tensiune electrică. Această deformare produce o presiune care va determina expulzarea unei picături de cerneală. Se pot obţine astfel presiuni ridicate şi timpi de răspuns mici.

În cazul unei alte tehnici, se plasează un tub subţire de sticlă în interiorul unui cristal piezoelectric. La aplicarea unei tensiuni electice, cristalul se contractă şi exercită o presiune asupra tubului de sticlă, producând expulzarea unei picături de cerneală.

Figura 2.5 Imprimarea pe baza principiului termic

Rezistorul pentru încălzire

Bula de vapori de

cerneală

Picătura ce iese din orificiu

Camera cu cerneală

Lamel ă vibratoare

Elementul

piezo - electric

Picătură de cerneală

Figura 2.6 Imprimarea pe baza principiului piezo - electric

9

Firma Epson este autoarea unei tehnologii numită MACH (Multilayer

ACtuator Head), în care se utilizează un dispozitiv piezoelectric multistrat care vibrează pentru producerea picăturilor de cerneală. Dispozitivul multistrat este format din câteva mii de fire piezoelectrice foarte fine, aşezate în paralel unele cu altele într-un spaţiu redus. Atunci când li se aplică un impuls electric, firele îşi măresc lungimea şi acţionează asupra unei plăci care modifică volumul camerei în care se află cerneala. Această tehnologie a fost utilizată pentru prima dată la imprimanta Stylus 800. Metoda cu cristal piezoelectric este utilizată de imprimantele firmelor Brother, Epson şi Tektronix.

O variantă a tehnologiei multistrat,numită Microjet, a fost elaborată de firma Cambridge Consultants. Aceasta oferă o rezoluţie, o frecvenţă a picăturilor şi costuri comparabile cu cele ale metodei termice.

Imprimantele realizate pe baza metodei piezoelectrice sunt mai rapide, mai fiabile şi au costul de imprimare pe pagină mai redus decât cele termice. Acestea au însă costuri mai scăzute, iar dimensiunea mai redusă a capului de imprimare permite realizarea mai uşoară a imprimantelor color.

2.5. Imprimante color

Utilizează sinteza substractivă a culorilor, spre deosebire de monitoarele color, care utilizează sinteza aditivă. Standardul utilizat cel mai frecvent este CMY (Cyan, Magenta, Yellow). Culoarea cian este culoarea complementară pentru roşu, magenta este culoarea complementară pentru verde, iar galben este culoarea complementară pentru albastru. Pentru a se obţine culoarea roşie, de exemplu, trebuie să se imprime cu un pigment de culoare magenta (care absoarbe verdele) şi galben (care absoarbe albastrul), reflectându-se numai culoarea roşie.

Imprimantele utilizează şi un al patrulea pigment, de culoare neagră, sistemul de culori fiind numit CMYK. Deşi, teoretic, negrul se poate obţine prin suprapunerea celor trei culori (CMY), în practică obţinerea culorii negre este dificilă dacă se utilizează această suprapunere, deoarece nu se pot obţine pigmenţi absolut monocromatici (de exemplu, există urme de cian în pigmentul magenta etc.). În asemenea cazuri, negrul obţinut va avea nuanţe verzui, albastre sau roşii. Pe de altă parte, obţinerea culorii negre prin suprapunerea a trei pigmenţi este neeconomică. Imprimantele performante au procesoare RISC care prelucrează vectorii de 24 de biţi pentru fiecare pixel. Este necesară o memorie de dimensiuni mari (de exemplu, 32 MB pentru un format A4), ceea ce creşte preţul imprimantei. Cele mai multe imprimante color sunt fără impact.

10

2.5.1. Imprimante color cu jet de cerneală În prezent, sunt cele mai răspândite imprimante color. De obicei, se

utilizează metoda de imprimare cu picături comandate. La unele imprimante se folosesc cerneluri solide sub formă de ceară, care se solidifică mai rapid. Se utilizează patru bastoane de ceară, care sunt topite în capul de imprimare. Cerneala lichidă formată este colectată în patru rezervoare, care menţin cerneala în această stare. Avantajul este că cerneala nu este absorbită de hârtie, dar costul acestor imprimante este mai ridicat. Imprimante care utilizează cerneluri solide sunt produse de firmele Tektronix (Phaser 350) şi Brother (FP-150). 2.5.2. Imprimante color electrofotografice

Acestea au apărut mai târziu, deoarece tehnologia utilizată de imprimantele alb-negru pune câteva probleme variantei color. Culorile sunt separate şi apoi sunt tipărite secvenţial, punându-se probleme deosebite de curăţire a tamburului după tipărirea fiecărei culori, de aliniere şi suprapunere a imaginilor de diferite culori. Calitatea imaginii depinde mult de stabilitatea şi granularitatea tonerelor folosite. Trebuie găsită valoarea optimă pentru dimensiunea granulelor de toner: cât mai mică, pentru ca rezoluţia să fie corespunzătoare, dar suficient de mare, pentru a reduce problemele legate de încărcarea şi ştergerea imaginii de pe tambur.

Exemple de imprimante color electrofotografice : � Xerox 4900 Color are rezoluţia maximă de 1200 x 300 puncte/inch şi o

viteză de listare de 3 pagini/min (12 pagini/min pentru listare monocromă). Acceptă limbajele PostScript şi PLC5, având interfaţă paralelă, serială şi pentru reţeaua LocalTalk, care pot fi active simultan, comutarea între ele realizându-se automat. Interfeţele pentru reţelele Ethernet şi Token Ring sunt opţionale. Dispune de o unitate de disc de 3.5”, care permite utilizatorilor neconectaţi la reţea listarea direct de pe dischetă.

� QMS Magicolor are rezoluţia maximă de 600 x 600 puncte/inch, pentru care necesită o memorie de 28 MB. Viteza de listare este de 2 pagini/min (8 pagini/min în modul monocrom). Dispune de o interfaţă paralelă, SCSI şi LocalTalk. Interfeţele pentru Ethernet şi Token Ring, ca şi interpretoarele pentru limbajele PostScript şi PCL5 sunt opţionale.

2.6. Comunicaţia dintre imprimantă şi unitatea de calcul

O imagine afişată pe un monitor poate fi tipărită dacă respectiva imagine este transformată într-un şir de comenzi şi date care pot fi înţelese de imprimantă. Această transformare este asigurată de aşa-numitul driver de imprimantă.

Driver-ul reprezintă o colecţie de rutine de calcul care realizează legătura dintre echipamentul periferic şi sistemul de operare al unităţii de calcul. Acesta

11

acţionează astfel ca un translator între aplicaţia care a generat imaginea de tipărit şi echipamentul periferic.

Cel mai simplu mod de a tipări o imagine afişată pe monitorul unui sistem de calcul constă în trasmiterea informaţiei de imprimat sub forma unui fişier de date bitmap. Pentru creşterea conţinutului de informaţie despre imaginea de tipărit se utilizează astăzi o descriere a paginii de tipărit utilizându-se vectori de imagine care descriu în special figurile grafice care trebuiesc tipărite.

O astfel de descriere a paginii de imprimat, numită PDL - Page Description Language, poate fi transmisă oricăror imprimante care înteleg acest limbaj, imaginea fiind tipărită funcţie de capacitaţile fiecărei imprimante. 2.6.1 Limbaje care definesc imprimarea

În loc de a îngreuna PC-ul cu calcularea punctelor de raster pentru fiecare pagină, această sarcină este preluată de procesorul imprimantei. PC-ul transmite o descriere despre cum trebuie să arate pagina, şi anume într-un limbaj pe care îl înţelege imprimanta. Unul dintre cele mai importante limbaje de acest gen a fost dezvoltat de Hewlett-Packard: PCL (Printer Command Language). Între timp au apărut diferite “dialecte”, care se diferenţiază în funcţie de performanţă.

PCL3: Unul dintre primele standarde, care este suficient pentru simple pagini de text.

PCL4: PCL3 a fost extins în aşa fel, încât să poată fi tipărite şi fonturi bitmap mai mari şi grafică.

PCL5: Pentru a putea imprima şi pagini mai complexe, PCL5 lucrează cu grafică vectorială şi fonturi outline.

PCL5e: O extensie a facilităţilor lui PCL5, care permite şi transferul de mesaje de stare ale imprimantei către PC.

PCL5c: Extensie a caracteristicilor PCL5 cu capacităţi pentru imprimarea color.

Un alt limbaj de imprimare a fost dezvoltat de Adobe. Postscript este un limbaj de descriere a paginii, care este înţeles de orice aparat corespunzător. Cel mai cunoscut dialect este Postscript Level 2. Faţă de Level 1 a fost îmbunătăţită viteza. De asemenea, pot fi adresate diferite casete de hârtie şi unităţi duplex şi pot fi imprimate pagini color. Paginile complexe nu au reprezentat vreo problemă nici pentru Level 1.

Limbajul GDI - propus de Microsoft, este utilizat mai ales la imprimantele

cu jet de cerneală şi cu impact. Procesorul unităţii de calcul realizează o traducere într-o imagine rasterizată a comenzilor utilizate în aplicaţia ce generează o comandă de imprimare. Procesorul crează apoi un set de coduri ce definesc nuanţele de gri sau de culoare a tuturor pixelilor imaginii rasterizate. Harta de pixeli este însă optimizată pentru a se potrivi cât mai bine cu caracteristicile imprimantei (rezoluţie, nivele de culoare, etc.). Informaţia ce este

12

transmisă către imprimantă constă în acel set de coduri ce corespunde imaginii rasterizate. În cazul acestui limbaj nu este necesar ca imprimanta să deţină un procesor sofisticat iar memoria din imprimantă se reduce la un minim necesar operaţiei de imprimare a unei pagini rasterizate. Acest fapt a condus la lansarea pe piaţă a unor imprimante extrem de ieftine.

PPA

În abordarea clasică folosind limbajului PCL, listarea documentelor

electronice din Windows presupune câţiva paşi importanţi, cu cerinţe foarte mari privind puterea de calcul necesară. Driverul soft trebuie să primească descrierea paginii de imprimat şi să creeze apoi un şir de comenzi într-un format independent de mecanismul imprimantei (secvenţe de comenzi standard PCL). În continuare, aceste date sunt transmise şi interpretate de către microprocesorul imprimantei.

Sub Windows, aplicaţiile care primesc o comandă de imprimare trimit descrierile de pagini sub forma unor obiecte grafice (curbe, poligoane, haşururi). Acestea sunt rasterizate de către procesorul PC-ului, sub comanda driverului soft al imprimantei şi, de la caz la caz, se mai fac anumite transformări suplimentare (interpolări, aproximări ale culorilor).

Toate aceste prelucrări, descrise mai sus, necesită o putere de calcul semnificativă, datorită numărul mare de puncte listate şi faptului că pentru fiecare punct sau set de puncte în parte se fac transformări succesive complexe. Pentru aceasta, fie se foloseşte şi procesorul din imprimantă pentru unele sarcini, fie se aglomerează cu sarcini procesorul sistemului.

Noua arhitectură PPA porneşte de la conceptul că PC-urile actuale dispun de procesoare puternice din generaţia Pentium, şi de o memorie semnificativă. Astfel, sarcina de formatare a datelor poate să fie făcută în computer, în modul dictat de driverul imprimantei, astfel ca datele care vor fi trimise către imprimantă să poată fi imprimate fără prelucrări importante.

Imprimante cu imprimare prin impact

Imprimantele cu imprimare prin impact sunt primele echipamente periferice deimprimare care au avut un mare succes pe piaţă. Există două mari tipuri de imprimante cuimprimare prin impact:a) imprimante cu caracter selectat;b) imprimante matriciale cu impact.

a) Imprimantele cu caracter selectat imprimă un singur caracter la un anumit momentdat. Practic aceste imprimate sunt foarte asemănătoare cu maşinile de scris computerizate.Toate caracterele posibile de imprimat sunt dispuse in relief (in imagine negativă) pe niştelamele elastice din oţel. Comanda de imprimare a unui caracter constă în transmiterea coduluide caracter ce semnifică poziţia lamelei ce conţine respectivul caracter în ansamblul de lameleelastice. Odată primită comanda de imprimare, unitatea logică a imprimantei decodifică mesajulpentru a afla care lamelă trebuie să fie acţionată. După decodificare se transmite o comandăspre un dispozitiv electromecanic ce proiectează (prin îndoire) lamela spre foaia de hârtie înfaţa căreia se află o bandă tuşată. Pentru prevenirea uscării rapide a benzii tuşate aceasta estepermanent rulată printr-o magazie de reîmprospătare cu tuş. Lovirea benzii tuşate se face curepeziciune şi astfel caracterul dorit este imprimat (în imagine pozitivă) pe hârtie. Aceste tipuride imprimante sunt destul de rapide şi de o calitate acceptabilă atunci când avem de imprimatdoar text dar sunt foarte limitate pentru alte aplicaţii. De altfel, astăzi, odată cu scăderea drasticăa preţurilor de cost pentru imprimantele ink-jet şi laser, imprimantele cu caracter selectat suntextrem de rar întâlnite.

b) Imprimantele matriciale cu impact sunt caracterizate de obţinerea caracterului prinimprimarea unei serii de puncte minuscule, produse prin lovirea benzii tuşate de către aceelastice. Astfel, oricărui caracter ce ar putea fi imprimat îi va corespunde o matrice de puncte.Setul de matrici de caracter reprezintă o caracteristică definitorie a imprimantei şiproducătorului. Mai mult, pentru fiecare formă a unui caracter de imprimat există câte o matricedistinctă. Toate aceste matrici sunt stocate, în prealabil, într-o memorie ROM a imprimantei. Înunele cazuri, pentru stocarea matricile provizorii ale caracterelor (ce se folosesc doar într-oaplicaţie şi nu se doreşte menţinerea lor permanentă în ROM), imprimanta este dotată cumemorii RAM.

Matricea caracterului.

Toate caracterele, în toate formele dorite suntcaracterizate de o matrice specifică. Această matrice,specifică tipului de imprimantă conţine un număr decoloane şi un număr de linii. În figura 2.2 esteprezentată o matrice de caracter formată din 8 linii si11 coloane. Fiecare punct negru al matricii va fiobţinut pe hârtie prin imprimarea unui punct decerneală cu ajutorul acelor din capul de imprimare.Această matrice este memorată în memoriaimprimantei sub forma unui set de coduri. Pentrucazul din figura 2.2, acest set de coduri este formatdin 11 coduri (egal cu numărul de coloane almatricii), exprimate în cod hexazecimal. Fiecare codeste obţinut prin codificarea rândurilor coloanei cuputeri ale lui 2 (de la 20 până la 27) şi însumarea acelor valori pentru care în matrice există unpunct negru. În final se transformă numărul zecimal obţinut în număr hexazecimal.

1

Figura 2.2. Matricea caracterului

Capul de imprimare

Specific imprimantelor matriciale cu impact este capul de imprimare care conţine aceacţionate de electromagneţi. Acele sunt amplasate pe verticală sau sub formă matricială şi potgenera punctele corespunzătoare uneia sau mai multor coloane ale matricii caracterului.Imprimarea caracterelor se face prin deplasarea orizontală a capului şi acţionarea acelor acepentru care în matrice este prevăzut un punct negru. Acţionarea lor se face în dreptul fiecăreicoloane a caracterului de imprimat.

În figurile 2.3 şi 2.4 sunt prezentate două variante constructive ale acului şi sistemul luide acţionare. În timp ce în figura 2.3 acul este solidar cu armătura mobilă, în cazul figurii 2.4cele două elemente sunt separate.

Când prin înfăşurarea bobinei din figura 2.3 trece un curent de comandă, armăturamobilă este atrasă şi acul este împins cu forţă spre dreapta (spre banda tuşată şi hârtie). În figura2.4 este prezentat de fapt un mod de comandă balistică a acului. În această situaţie armăturamobilă nu mai este solidară cu acul. Revenirea ei în poziţia iniţială se realizează datorităresortului, iar revenirea acului în poziţia iniţială se face datorită elasticităţii impactului cu hârtia(impact care îl propulsează rapid înapoi, în poziţia de plecare). Acest din urmă sistem areavantajul unei viteze sporite (inerţie mai mică) deoarece scade masa care loveşte hârtia şi decitimpul de impact este mai mic.

Din punctul de vedere al numărului de ace din capul de imprimare întâlnim astăziimprimante cu 9 ace şi cu 24 de ace. Structura unui cap de imprimare cu 9 ace este prezentată înfigura 2.5. Capul de imprimare este format din 9 elemente similare cu unul din cele prezentate

Figura 2.3 Ac solidar cu sistemul de acţionare

Figura 2.4 Ac nesolidar cu sistemul de acţionare

ac din oţel

ac din oţel

bobină de acţionare

bobină de acţionare resort

armătură mobilă

ac din oţel

bobine de acţionare

hârtia

banda tuşată

bloc de ghidare

dispunerea bobinelor de acţionare curbarea acelor spre blocul de ghidare

Figura 2.5 Cap de imprimare cu 9 ace

2

în figurile 2.3 sau 2.4. Bobinele sunt dispuse pe o suprafaţă armonică (cerc sau uneori elipsă), întimp ce vârfurile acelor care lovesc banda tuşată sunt dispuse vertical în blocul de ghidare.Această dispunere a bobinelor este necesară deoarece bobinele de acţionare au un volum mareiar acele trebuie să fie curbate pentru a se potrivi în canalele blocului de ghidare. Canalele suntdispuse pe verticală, apropiate unul de celălalt (distanţa între două ace fiind uzual 1/72 inch),apropiere dictată de forma minimă a caracterelor de imprimat (rezoluţie). Curbarea acelor întreaxa bobinei şi canalul din blocul de ghidare se poate observa în figura 2.5.

Un număr de 24 de ace similare fie cu cele dinfigurile 2.3, fie cu cele din figura 2.4, dispuse ca în figura2.6 formează un cap de imprimare cu 24 de ace. Datorităfrecărilor importante la nivelul blocului de ghidare, atâtuzura acelor cât şi a canalelor este pronunţată. Uzual,blocurile de ghidare ale imprimantelor cu imprimare prinimpact se construiesc din aluminiu iar acele din oţel.

La imprimantele cu ace, tipărirea se face coloanădupă coloană, de la stânga spre dreapta, prin acţionareaacelor ace care corespund punctelor negre din matriceacaracterului de imprimat. Prin coloană se întelege ocoloană din matricea caracterului (una dintre cele 11 sau12 coloane din matrice, funcţie de tipul imprimantei).

Blocul de comandă al capului de imprimare

Pentru comanda acţionării acelor dintr-un capde imprimare se utilizează circuite electronicespecifice, controlate de controlerul (microprocesorul)imprimantei. Schema electrică a unui astfel de bloc decomandă este prezentată în figura 2.7. Cele 9 bobineale unui cap de imprimare cu 9 ace sunt notate L0 ÷ L8.In circuitul notat REGISTRU este memoratăinformaţia corespunzătoare coloanei ce trebuieimprimată la un moment dat. Funcţionarea schemeidin figura 2.7 este următoarea:a) Când o ieşire Qi = 0 (i = 0...8), tranzistorul Ti este

blocat (comutator deschis), iar prin bobină nucirculă curent;

b) Când ieşirea Qi = 1(i = 0...8), tranzistorul Ti estesaturat (comutator închis), iar prin bobină trece uncurent având expresia:

i(t)=(1/L)Vcct (2.1)

În figura 2.8 sunt prezentate formele de undă ale tensiunii de comandă şi ale curentuluicare circulă prin bobinele Li în condiţiile în care s-ar trimite comenzi succesive de imprimare laacelaşi ac. Dacă ieşirea Qi a registrului de comandă din figura 2.7 ar rămâne în 1 logic (nivel detensiune ridicat) curentul prin bobină ar putea creşte liniar, fiind în final limitat doar derezistenţele rCE şi rbobină ale tranzistorului şi respectiv bobinei. Această valoare astfel limitată arputea fi însă mult mai mare decât cea maxim admisă pentru respectivul tranzistor.

Figura 2.6 Dispunerea bobinelor de acţionare într-un cap cu 24 de ace

+VCC

L0 L1 L8

T0 T1 T8 R0 R1 R8

BUS DATE

Q0 Q1 ...... Q8

Figura 2.7 Schema de comandă a capului de imprimare

REGISTRU

3

Limitarea curentului prin tranzistoarele decomandă se realizează prin limitarea duratei comenzii lao valoarea t1, aşa cum este prezentat în figura 2.8. Pedurata de timp t2-t1 bobina nu mai este comandată pentruca acul să aibă timp să ajungă în poziţia iniţială. În acestfel, doar pe durata t1 tranzistorul corespunzător vaconduce şi armătura bobinei va fi acţionată. Durata t2stabileşte de fapt durata imprimării unui punct, deci aunei întregi coloane dacă ţinem cont că toate acele suntacţionate simultan în dreptul respectivei coloane. Practicdurata t2 determină şi viteza de imprimare care depindeînsă şi de numărul de caractere pe inch şi de numărul decoloane pe caracter utilizate. Uzual se utilizează rapoartet1/t2 ≅ 0,2÷0,5.

Durata t1 nu se poate stabili direct la ieşirile Qi aleregistrului de comandă din figura 2.7. Pentru obţinereaunor semnale cu factor de formă t1/t2 bine stabilit sefolosesc circuite suplimentare.În figurile 2.9 şi 2.10 suntprezentate două circuite de stabilire a acestei durate t1 şi,implicit, a raportului t1/t2.

În schema din figura 2.9, monostabilul genereazăun impuls de durată t1, sincron cu frontul crescător alsemnalul VC de la ieşirea Qi a registrului din figura 2.7,semnal ce are perioada t2. Astfel, durata stării instabile amonostabilului va impune atât durata maximă câtcurentul de comandă trece prin bobină şi prin tranzistorcât şi durata maximă de acţionare.

În figura 2.10 este prezentată o modalitate destabilire a duratei t1 cu ajutorul unui circuit RC. Cândieşirea Qi trece în 1 logic (adică la apariţia frontuluicrescător la ieşirea registrului), tranzistorul Ti sedeschide, condensatorul C (iniţial considerat descărcat)începe să se încarce prin rezistenţa Ri. Tensiunea VC

începe să scadă exponenţial şi după o durată t1 (dictată deconstanta de încărcare a condensatorului), aceastătensiune scade sub valoarea VBE necesară deschiderii luiTi, curentul prin Ti întrerupându-se (figura 2.11).

Protecţia elementului de comutare

O schemă de protecţie a tranzistorului, folosit caelement de comutare în schema din figura 2.7 este prezentatăîn figura 2.12. Când tranzistorul se blochează, momentul t1+,curentul prin bobină tinde către zero şi în bobină apare otensiune electromotoare indusă e cu semnul din figură,tensiune ce poate fi periculoasă pentru tranzistor. Dioda Di

montată cu anodul în colectorul tranzistorului are rolul de adescărca energia înmagazinată în bobina Li când apare o astfelde tensiune electromotoare indusă. Există în literatura despecialitate şi variante de proiectare a blocului de comandăcare încearcă recuperarea energiei înmagazinate în bobină pedurata t2 - t1 .

VC t 0 t1 t2 I IMAX t

Figura 2.8 Curentul prin bobinele capului de imprimare funcţie de

tensiunea de comandă

VCC Li Qi Ti

Ri

Q Monostabil CL

Figura 2.9 Limitarea curentului cu monostabil

VCC Li Ci Ri Qi Ti VC Vi Ri

Figura 2.10 Limitarea curentului cu circuit RC

Vi t Vc Vmax>VBE VBE t Uli ti t Figura 2.11 Stabilirea duratei

curentului cu circuit RC

4

Stabilirea poziţiei capului de imprimare

Pentru a putea comanda corect deplasarea capului deimprimare, microprocesorul imprimantei trebuie să cunoascăpermanent poziţia capului. Poziţia este stabilită cu ajutorultraductoarelor de poziţie şi transmisă direct sistemului decalcul al microprocesorului. Pot exista traductoare de poziţieabsolută sau traductoare de poziţie relativă. Cea maieficientă şi mai des utilizată metodă este folosireatraductoarelor de poziţie relativă. În imprimantă, subtamburul de rulare al hârtiei şi de-a lungul acestuiaexistă o bandă cu o singură fâşie, prevăzută cu striaţii(dungi opace), aşa cum este prezentat în figura 2.13.Prin P s-a notat pasul între două poziţii succesive deimprimare.Traductorul T2 generează un număr de impulsuri laorice deplasare S (stânga) sau D (dreapta), număr egalcu numărul de paşi (coloane de caracter) parcurşi decapul de imprimare. Sensul de deplasare S→D sau D→S este determinat cu ajutorul unui traductor separat T2,traductor poziţionat la o distanţă:

dT1,T2 =(k+1/4)P (2.2)

aşa cum se poate vedea şi în figura 2.13. Traductorul T2

va determina numărul de paşi parcurşi iar ansamblulT1+T2 va stabili sensul de deplasare. Cele douătraductoare vor transmite impulsuri la un bloc de controlprezentat în figura 2.16. Valoarea ieşirii Q a bistabiluluidin această figură se stabileşte cu ajutorul figurilor 2.14 şi2.15, pe baza semnalelor provenite de la cele douătraductoare. Dacă are loc o deplasare S→D, impulsurilegenerate de traductorul T2 vor fi de aceeaşi formă cu celegenerate de traductorul T1 dar întârziate cu aproximativ1/4∗TP (figura 2.14). La ieşirea Q a bistabilului D dinfigura 2.16 vom avea valoarea 1 logic iar numărătorulreversibil NR va număra înainte (UP). Pentru odeplasarea D→S, semnalul furnizat de T2 va fi în avanscu TP/4 (figura 2.15), ieşirea va fi Q=0, iar NR vanumăra înapoi (DOWN).

Semnalul TPLS provine de la un traductor alpoziţiei limită stânga şi va reseta numărătorul NR pentrua stabili coloana zero din spaţiul de imprimare.

VCC - e Li Di + Ti

Figura 2.12 Protecţia

tranzistorului de comandă

S D d T2 T1

Figura 2.13 Traductor de poziţie relativă

T1 t T2 Q t “1” t T1 T2 t t t Q “0” t

TP

Figura 2.14 Formele de undă la deplasarea S→D

Figura 2.15 Formele de undă la deplasarea D→S

5

TPLS T1 T2

UP/DOWN RESET

NR

Q CK

D Q CL Q\

Figura 2.16 Stabilirea poziţiei capului

Probleme

1. Care sunt avantajele folosirii unui ac nesolidar cu bobina de acţionare la imprimantelecu ace?

2. De ce blocul de ghidare al acelor la o imprimantă cu ace suferă o uzură pronunţată pedurata funcţionării?

3. Să se proiecteze un circuit de comandă a bobinelor ce acţionează acele uneiimprimante cu ace astfel încât să asigure un raport t1/t2 = 0,3 (a se vedea şi figura 2.8).

4. Determinaţi şi explicaţi semnalele la ieşirea Q a bistabilului din figura 2.16 dacă laintrările T1 şi T2 se aplică pentru început semnalele din figura 2.14 şi apoi cele din figura 2.15.

6

Temă laborator

Studiul principiilor moderne de imprimare

- imprimanta cu jet de cerneala

- imprimanta laser

Lucrarea se finalizeaza cu un referat in care se vor rezolva problemele intalnite la

imprimanta CU IMPACT plus raspunsurile la urmatoarele intrebari:

1. Explicati principiul de functionare al imprimantei cu bule de cerneala.

2. Explicati principiul de functionare al imprimantei piezoelectrice.

3. Explicati principiul de functionare al imprimantei LASER.

4. Explicati principiul de functionare al imprimantei cu LED-uri.

5. Care sunt avantajele şi dezavantajele imprimantelor cu jet de cerneală

6. Care sunt avantajele şi dezavantajele metodei termice şi a celei piezoelectrice ?

7. Explicati principiul de functionare al acumulatorului multiplu şi avantajele acestui

principiu.

8. Explicati necesitatea utilizării unui driver.

9. Enumeraţi familiile de limbaje care definesc imprimarea.