Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Принтер Okipage 6W. Для формирования изображения в этих принтерах используется светодиодная матрица или линейка



На рисунке 1.39 изображена функциональная схема принтера.

Основная плата управления принтером содержит процессор MCPU, схему интерфейса, схему управления приводом. В состав управления приводом, входит схема управления светодиодной линейкой, приводным двигателем и электромагнитной муфтой. Источник питания вырабатывает два напряжения: +5 В и +26 В. Напряжение +5 В используется логическими схемами и высоковольтными источниками питания. Напряжение +26 В служит для управления приводным двигателем и электромагнитной муфтой.

 

Рисунок 1.39 - Структурная схема принтера Okipage 6W

 

Вопросы.

1. Как классифицируются принтеры?

2. Что представляют собой матричные (игольчатые) принтеры, как классифицируются, что представляет собой печатающая головка матричного принтера, как формируется изображение на носителе и какими параметрами обладают?

3. Что представляют собой струйные принтеры, как классифицируются, что представляет собой печатающая головка струйного принтера, как формируется изображение на носителе и какими параметрами обладают?

4. Что представляют собой пьезоэлектрический метод, метод газовых пузырей, метод drop-on-demand нанесения чернил на бумагу в струйных принтерах?

5. Что представляют собой термические принтеры, как классифицируются, что представляет собой печатающая головка термического принтера, как формируется изображение на носителе и какими параметрами обладают?

6. Что представляют собой сублимационные и термовосковые принтеры, как классифицируются, что представляет собой печатающая головка сублимационного и термовоскового принтера, как формируется изображение на носителе и какими параметрами обладают?

7. Что представляют собой светодиодные и лазерные принтеры, как классифицируются, как формируется изображение на носителе и какими параметрами обладают?

8. Что представляет собой схема и работа матричного принтера?

9. Что представляет собой инициализация матричного принтера?

10. Что используется в качестве исполнительных устройств в матричном и струйном принтере?

11. Каким образом происходит управления шаговым двигателем?

12. Назначение датчиков в принтере?

 

Плоттеры

 

Назначение. Устройства, выполняющие функции вывода графической информации на бумажный и некоторые другие носителей, называются графопостроителями или плоттерами (plotter).

Графопостроители систематизируют по двум основным признакам: по способу формирования изображения на носителе и по способу управления (рисунок 1.40).



 

 

Рисунок 1.40 - Классификация графопостроителей

 

Классификация средств регистрации. По принципу взаимодействия записывающего органа и носителя графического регистрирующего устройства (ГРУ) подразделяются на двух - координатные (планшетные) и однокоординатные (барабанные). В двух - координатных записывающий орган перемещается по координатам Х и У по полю неподвижного носителя, закрепленного на планшете. В одно - координатных носитель перемещается по одной координате, записывающий орган - по другой.

По способу регистрации ГРУ делят механические и немеханические. В ГРУ механического типа изображение формируется путем механического нанесения красителя на бумагу. При этом в качестве записывающего инструмента применяются перья, фломастеры. В ГРУ немеханического типа для регистрации используют электрографический, электрохимический, магнитографический, электротермический способы.

Формирование контуров изображения в ГРУ реализуется следящим и развертывающим методами. При следящем методе регистрирующий орган совершает перемещение по поверхности носителя движения, соответствующий контуру изображения. При этом контур изображения является непрерывным. Используется в двух и однокоординатных ГРУ. Развертывающий метод предполагает разбиение носителя на отдельные элементы. Регистрирующий орган осуществляет сканирование документа по строкам и формирует на носителе изображение в той точке, которая совпала с принятыми координатами точки.

 

а)

б)

а – планшетный;

б – барабанный.

Рисунок 1.41 - Конструкция электромеханических графопостроителей

ГРУ характеризуются следующими параметрами:

- точностью, которая определяется отклонением координат графика от их расчетных значений; зависит от минимального шага перемещения регистрирующего органа;



- быстродействием, определяемым скоростью вычерчивания линии;

- размерами рабочего поля носителя;

- количество применяемых пишущих инструментов, обеспечивающих различные цвета линий и их толщину;

- количеством интерфейсов, с которыми может работать ГРУ.

 

Рисунок 1.42– Внешний вид плоттера с неподвижным и подвижным носителем

 

Графопостроитель, как правило, включает в себя собственно построитель - электромеханическую часть, перемещающую каретку с пером а иногда и носитель, блок преобразования и подготовки данных и блок управления.

Графопостроители могут работать непосредственно с ЭВМ, для этого они подключаются к каналу стандартного сопряжения, а также автономно, используя в качестве промежуточного носителя магнитный носитель.

В процессе вычерчивания графических документов графопостроитель должен выполнять следующие операции:

- принимать информацию из стандартного канала сопряжения с ЭВМ либо с накопителя на магнитном носителе;

- масштабировать символы, графики, чертежи;

- поднимать и опускать относительно носителя пишущие узлы;

- вычерчивать линии разного типа (сплошные, пунктирные, штрихпунктирные), разной толщины и цвета, проводить отрезки прямых, дуги и окружности, осуществлять штриховку;

- наносить стандартные и нестандартные символы, обеспечивать их поворот, наносить текст.

Работа графопостроителя. Сообщение о работе, поступающее на вход графопостроителя через интерфейс вводавывода ЭВМ либо считываемое с НМН содержит заголовок, данные и признак окончания чертежа (графика). В заголовке содержится последовательность команд, необходимая для подготовки устройства к работе. Данные содержат информацию о координатных точках графических элементов и коды символов. Приказ “конец графика” свидетельствует об окончании формирования документа и о необходимости смены листа.

Работа графопостроителя по вычерчиванию может осуществляться в абсолютных координатах либо в приращениях, по шагам (инкрементный режим). При работе в абсолютных координатах кодовые посылки команд содержат значения приращений X и Y, на которые необходимо переместить пишущий узел. При работе в абсолютных координатах с помощью линейной интерполяции вычерчиваются прямые линии и отрезки, а с помощью круговой интерполяции окружности и дуги. Для работы достаточно по две - три пары кодовых посылок (команд), одна из которых содержит знак и значение координаты (начала, конца, центра) по оси X, другая - по оси Y.

Для вычерчивания кривых сложной формы используется инкрементный режим работы, при котором пишущий узел за одну команду перемещается по осям координат на один единичный шаг. Изображение формируется при пошаговом продвижении пера (или пера и бумаги в барабанном и растровом графопостроителях). Число приращений в пересчете на один дюйм для планшетных графопостроителей может достигать 500, а для барабанных обычно равно 200. Существенным преимуществом инкрементных графопостроителей является то, что инкрементный режим позволяет реализовать основные графические функции программным способом и строить контроллеры графопостроителей на базе микроЭВМ. Такие контроллеры могут воспринимать и описание изображений на языках высокого уровня. Последнее обстоятельство существенно сокращает объем графической информации в центральной ЭВМ и разгружает центральный процессор от работ по преобразованию исходных данных.

Команда на вычерчивание символа содержит координаты места на поле чертежа, код вида и размера символа а также код необходимого угла поворота символа.

На рисунок 1.43 приведена структурная схема планшетного графопостроителя. Схема состоит из трех блоков: блока преобразования и подготовки данных, блока управления и построителя.

Блок преобразования и подготовки данных принимает и хранит в БЗУ порцию данных, подлежащих выводу. Для реализации процедур упрощенной ппроксимации -интерполяции произвольных линий с помощью единичных шагов пишущего узла, исполь-зуется линейно-круговой интерполятор- специальный процессор, решающий задачу представления линий отрезками единичных приращений. Интерполятор входит в число устройств плоттера. В случае, если при выводе графической информации встречаются сложные кривые, выше 3-го порядка, то соответствующие вычисления проводятся в процессоре ЭВМ. В блок преобразования входит также схема прерываний, обеспечивающая построение штри- ховых, штрихпунктирных и других необходимых типов линий.

Наибольшая трудность заключается в нанесении алфавитно-цифровых и специальных символов. Символы в поле чертежа пишутся перьями, входящими в состав пишущего узла, или с помощью специальных буквопечатающих головок. Нанесение необходимых символов в поле чертежа в точке с заданными координатами обеспечивает генератор символов, хранящий в ПЗУ микропрограммы описания каждого символа, и вырабатывающий сигналы управления приводом с целью перемещения пишущего узла. Размеры наносимых символов могут изменяться путем масштабирования. Расположение символов может быть горизонтальным, вертикальным или под другим фиксированным углом наклона. Скорость вычерчивания символов определяется быстродействием исполнительных органов плоттера, например, шаговых двигателей. Более высокой скоростью обладают плоттеры с буквопечатающей головкой. Скорость вычерчивания линий достигает 2300 мм/c.

Блок управления на основании данных, полученных от интерполятора и генератора символов, вырабатывает сигналы управления электродвигателями и пишущим узлом в процессе построения элементов чертежа. Работа блока управления совместно с интерполятором и генератором символов позволяет значительно уменьшить объем информации, поступающей из ЭВМ, а следовательно, упростить программное обеспечение ЭВМ, улучшить использование пропускной способности канала, уменьшить объем промежуточных носителей.

Емкость БЗУ у некоторых типов плоттеров достигает 768 Кбайт. Управляет и синхронизирует работу всех устройств блок местного управления, обычно выполненный на 32-разрядном микропроцессоре. Генератор управляемых частот предназначен для изменения скоростей вычерчивания разных участков линий чертежа c учетом инерционности механизмов: начальные и конечные участки линий вычерчиваются с меньшей скоростью, чем середина за счет осуществления разгона и торможения пишущего узла; символы также вычерчиваются медленнее, чем протяженные линии.

 

 

Рисунок 1.43 - Структурная схема планшетного графопостроителя

Растровый графопостроитель. Растровые графопостроители с электростатическим, электрохимическим, электротермическим и другими немеханическими способами регистрации изображений на обычные и специальные носители получили распространение для получения рабочих чертежей непосредственно в производственных помещениях благодаря своему высокому быстродействию и невысокой требовательности к условиям эксплуатации.

На рисунке 1.44 приведена структурная схема растрового графопостроителя.

Использование увлажненной электрохимической бумаги при электрохимическом способе регистрации исключает возможность реверса и старт-стопного режима при транспортировании носителя, применяющихся в барабанных графопостроителях. Бумага непрерывно, со скоростью порядка 30 мм/с, протягивается ведущим барабаном между гребенкой из электродов и контрэлектродов. На некоторые из них подается напряжение, благодаря чему бумага окрашивается в точках, соответствующих точкам линий и символов выводимого чертежа.

 

 

Рисунок 1.44 - Структурная схема растрового графопостроителя

Управление электродами осуществляется выходным регистром устройства управления. С целью экономии аппаратных средств, а именно объема памяти, и удобства преобразования информации изображение хранится в ЭВМ или в НМН в векторном виде, то есть как совокупность отрезков прямых и фрагментов кривых линий. Перед выводом на растровый графопостроитель изображение должно быть преобразовано в последовательность строк, разрядность которых соответствует числу электродов в пишущем узле, что представляет собой достаточно трудоемкую вычислительную операцию, требующую для обеспечения необходимого быстродействия применения специального процессора. Зачастую этот процессор встраивается в устройство управления графопостроителем.

Во время вывода каждая очередная строка, соответствующая координате по оси Y, управляет подачей напряжения на соответствующие электроды пишущего узла. В то же время осуществляется синхронное перемещение носителя по координате X. Приведенная к векторному способу вывода скорость регистрации графической информации в растровых устройствах достигает десятков метров в секунду и определяется значением межэлектродной емкости и чувствительностью носителя. Разрешающая способность достигает 5 - 10 линий/мм. Время, затрачиваемое на формирование чертежа, практически не зависит от его сложности, насыщенности линиями и текстами.

К недостаткам растровых графопостроителей с металлическими электродами относится выгорание электродов, приводящее к ухудшению качества изображения, и необходимость применения специальных бумаг. Совершенствование растровых графопостроителей ведется в направлении использования волоконно-оптических способов регистрации, лишенных указанных недостатков и позволяющих значительно увеличить скорость и качество печати.

Перьевые плоттеры. Перьевые плоттеры (ПП) - это электромеханические устройства векторного типа. На ПП выводят графические изображения векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения [5, 8].

Существует два типа ПП - планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом. Перемещения выполняются при помощи шаговых или линейных электродвигателей. Точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, но эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически.

Особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. Скорость вывода информации в ПП невысокая.

Карандашно-перьевые плоттеры (КППl) - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. Дополнительные преимущества карандашной технологии:

- "краситель" карандашных грифелей не высыхает;

- карандаш пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания);

- карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях;

- изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании;

- изображения корректировать ластиком;

- грифели доступны (экономия на расходных материалах).

Струйные плоттеры. Технологии направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.

Струйные плоттеры работают с форматами А1-А0.

Печатающие головки могут быть "цветными" и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Black - черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется при получении различных оттенков "серого" при выводе монохромных изображений).

Достоинства струйная технологии:

- простоту реализации;

- высокое разрешение;

- низкую потребляемую мощность;

- относительно высокую скорость печати.

Недостатки струйных плоттеров:

- невысокая скорость вывода графической информации;

- выцветание со временем полученного цветного изображения.

Электростатические плоттеры. Электростатические плоттеры (ЭП) используют электростатическую технологию на основе создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Недостатки электростатических плоттеров:

- необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении;

- необходимость тщательного обслуживания;

- высокая стоимость.

Плоттеры прямого вывода изображения. Изображение в плоттере прямого вывода изображения (ППВИ) создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi (точка/дюйм)), но только монохромным.

Учитывая их высокую надежность, производительность (может достигать 50 листов формата А0 в день) и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.

Плоттеры на основе термопередачи. Отличие плоттеров на основе термопередачи (ТПТ) от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой) размещается "донорный цветоноситель" - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С) температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.

Лазерные плоттеры. Лазерные плоттеры (ЛП) базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.

Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку. Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надежнее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Эти плоттеры могут работать на обычной бумаги, что сокращает эксплуатационные затраты.

Параметры и характеристики проттеров. Основные параметры плоттеров:

- формат листа определяет максимальный стандартный формат, который может быть вписан в размер рабочего поля;

- длина носителя для рулонных плоттеров зависит от его толщины (чем тоньше носитель, тем он длиннее), так как допустимый диаметр рулона ограничен;

- параметры точности - не существует универсального показателя точности и эти показатели у разных типов плоттеров характеризуют фактические разные параметры;

- механическая точность только для перьевых плоттеров и характеризует то, с какой точностью их механическая система способна позиционировать пишущий узел;

- программно задаваемое разрешение определяет, с какой точностью (разрядностью) могут кодироваться координаты в графическом файле, пересылаемом плоттеру;

- разрешение печати - этот параметр используется в растровых плоттреах и измеряется числом точек на дюйм;

- точность - для перьевых плоттеров и соответствует только некоторым условиям работы плоттера (применение бумаги с повышенной шероховатостью, также износ механики плоттера вследствие эксплуатации влияет на эту характеристику;

- повторяемость для перьевых плоттеров и определяет точность, с которой плоттер многократно позиционирует пишущий узел в одной и той же точке в процессе рисования;

- погрешность остановки пера характеризует величину погрешности позиционирования пишущего узла перьевых плоттеров, возникающую при установке пишущего узла в начальную точку вектора после холостого перемещения, происходящего на максимальной скорости [5, 8].

Параметры производительности:

- скорость печати (или перемещения носителя) для растровых плоттеров, и обычно определяет максимально технически возможную скорость печати уже подготовленной информации;

- максимальная скорость взаимного перемещения пишущего узла и носителя;

- реальная скорость рисования определяется максимальной скоростью нанесения непрерывной линии пишущим узлом и максимальным ускорением перемещения пишущего узла;

- максимальное ускорение, которое может быть придано пишущему узлу, влияет на потери времени при изменении направления пишущего узла и потери времени при поднятии/опускания пера.

Интерфейс. Стандартными для плоттеров является последовательный интерфейс RS-232C и более быстрый параллельный интерфейс Centronics. Для высокопроизводительных растровых плоттеров с большими объемами передаваемой информации желательно наличие нескольких одновременно работающих стандартных интерфейсов.

Память. Для улучшения функциональных показателей (быстродействие, удобство работы, автономность и др.) плоттер имеет встроенную память, в которую загружается графическая информация, обрабатываемая процессором плоттера в процессе создания изображения.

Стандартный буфер - это оперативная память в плоттере стандартной конфигурации. Современные модели плоттеров большого формата имеют стандартный буфер (memory) емкостью от 1 Мбайт и более. У высокопроизводительных плоттеров с несколькими каналами приема информации также должна быть дополнительная дисковая память.

Для перьевых плоттеров размер памяти определяет только способность работать в режиме off-line (т.е. автономно) после загрузки файла чертежа.

Для растровых плоттеров этот параметр определяет разрешение и формат изображения, обеспечиваемые плоттером.

Форматы данных. Существует два принципа создания изображения - векторный и растровый. Первый характерен для перьевых плоттеров, а второй - для всех остальных.

Форматы данных информации в компьютере не соответствуют разрешению и/или форматам данных плоттера. И если векторные графические языки, такие, как HPGL, фактически стандарт для любого плоттера (т.е. всегда обеспечен вывод векторной графической информации), то вывод растровой информации на растровом же плоттере не всегда может быть осуществлен без специальных драйверов.

Чертежные характеристики:

- цветовая палитра - для цветных растровых плоттеров этот параметр характеризует максимально возможное количество цветов, с которым способен работать плоттер;

- число типов линий - параметр используется для характеристики векторной графики и определяет для некоторых плоттеров количество встроенных ("зашитых" в постоянной памяти или задаваемых внутренней программой) типов линий;

- число штриховок - параметр характеризует количество встроенных (аппаратно реализованных) видов штриховок (как и число типов линий, не относится к числу критичных, т.к. не все программные средства используют возможности встроенного управления штрихованием, а создают штриховку самостоятельно);

- давление на пишущий элемент - для перьевых плоттеров определяет применимость для данного плоттера того или иного носителя и пишущего элемента;

- типы пишущих элементов - для перьевых плоттеров (фломастеры, шариковые стержни и рапидографы с различными характеристиками и т.д.);

- число пишущих элементов в карусели - для перьевых плоттеров данный параметр определяет возможное число одновременно отображаемых цветов или ширину линий на чертеже;

- грифеледержатель - для карандашно-перьевых плоттеров, описывает характеристики карандашного пишущего узла (если грифеледержатель имеет бункер на несколько грифелей, то это повышает автономность работы плоттера, так как замена исписавшегося грифеля при этом производится автоматически, без прерывания работы);

- тип лезвий для режущих плоттеров [5, 8].

 

 

Вопросы.

1. Как классифицируются плоттеры по принципу взаимодействия записывающего органа и носителя графического регистрирующего устройства (ГРУ)?

2. Как классифицируются графические регистрирующие устройства (ГРУ) по способу регистрации?

3. Что используется в качестве пишущего узла в различных ГРУ?

4. Какими параметрами характеризуются ГРУ?

5. Какие плоттеры относятся к электромеханические устройства векторного типа?

6. Какие плоттеры называются перьевыми (ПП), на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

7. Какие плоттеры называются струйными, на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

8. Какие плоттеры называются электростатическими, на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

9. Какие плоттеры называются плоттерами прямого вывода изображения, на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

10. Какие плоттеры называются плоттерами на основе термопередачи, на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

11. Какие плоттеры называются лазерными плоттерами, на какие группы делятся, какие имеют характеристики, достоинства, недостатки и как работают?

12. Что такое механическая точность, разрешение печати, повторяемость, погрешность остановки пера, скорость печати (или перемещения носителя), максимальная скорость взаимного перемещения пишущего узла и носителя и каким типам плоттеров эти параметры принадлежат?

 

 

Звуковые платы

 

Назначение. Звуковые платы позволяют выполнять следующее:

- добавлять стереозвук к развлекательным (игровым) программам;

- увеличить эффективность образовательных программ (для детей);

- добавлять звуковые эффекты в демонстрационные и обучающие программы;

- создавать музыку с помощью аппаратных и программных средств MIDI;

- добавлять в файлы звуковые комментарии;

- добавлять звуковые эффекты к событиям операционной системы;

- выполнять звуковое воспроизведение текста;

- подавать компьютеру голосовые команды;

- проигрывать аудиокомпакт-диски.

Мультимедиа - это возможность объединить изображение, звук и данные. В основном, мультимедиа подразумевает добавление к компьютеру звуковой платы и накопителя CD-ROM. Создано несколько М PC-стандартов (МРС Level 1, МРС Level 2, МРС Level 3).

С помощью MIDI вы можете создавать и редактировать музыку. По стандарту МРС на звуковой плате должны быть установлены FM-синтезаторы (FM - Frequency Modulation - частотная модуляция) и плата должна воспроизводить более шести звуков одновременно.

Для подключения MIDI-устройства к компьютеру необходима звуковая плата с двумя разъемами входного и выходного последовательных портов MIDI. В отличие от других звуковых файлов, MIDI-файлы гораздо меньше. Час стереомузыки в стандарте MIDI займет менее 500 Кбайт (объем WAV-файла - файла формата Windows - будет в тысячу раз больше).

Большинство звуковых плат генерирует звук с помощью FM-синтеза. FM-синтез создает искусственный звук, который подражает инструменту.

Более реалистичный способ синтеза звука был осуществлен заменой FM-метода Wavetable-синтезом. Такой синтез позволяет воспроизвести лишь стандартный набор звуков, обычно используемых в играх. Windows WAV-файлы сохраняют любой звук, и таблицы wavetable при его воспроизведении не используются.

Запись. Практически на всех звуковых платах устанавливается входной разъем для микрофона. С помощью программы Sound Recorder в Windows можно воспроизвести, отредактировать и записать звуковой файл в формате WAV.

Речевые комментарии. В WAV-фаилы можно записать сообщения и затем вставить их в документы и электронные таблицы Windows.

Распознавание речи. Звуковые платы поддерживают распознавание речи. Вы можете заставить распознавать речь (для этого понадобится дополнительное программное обеспечение).

Звуковой смеситель (микшер). Если есть несколько источников звука и их необходимо проиграть через одни колонки, то используют звуковым смесителем. Большинство звуковых плат имеют встроенный смеситель звука (микшер), позволяющий смешивать звук от аудио-, MIDI- и WAV-источников, линейного входа и CD-проигрывателя, воспроизводя его на едином линейном выходе.

Частотная характеристика. Качество звуковой платы оценивают по двум критериям - частотной характеристике (диапазон воспроизводимых частот) и коэффициенту нелинейных искажений. Частотная характеристика определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 КГц.

Коэффициент нелинейных искажений характеризует нелинейность звуковой платы, т.е. отличие реальной кривой частотной характеристики от идеальной прямой (коэффициент характеризует чистоту воспроизведения звука). Каждый нелинейный элемент является причиной искажения.

Дискретизация. В состав звуковой платы входит небольшая микросхема - аналого-цифровой преобразователь (ADC - Analog-to-Digital Convener), который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровые комбинации битов, понятные компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (DAC - Digital-to-Analog Convener) преобразует записанный звук. Дискретизацией называется процесс превращения исходного звукового сигнала в цифровой, который сохраняется с последующей возможностью воспроизведения (оцифровывание). При этом сохраняются мгновенные значения звукового сигнала в определенные моменты времени, называемые выборками. Чем чаще берутся выборки, тем точнее цифровая копия звука соответствует оригиналу.

Разрядность звуковой платы.

Разрядность звука характеризует количество битов, используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65 536 (при этом, естественно, качество звука значительно улучшается). 8-разрядное представление является достаточным для записи и воспроизведения речи, для музыки требуется 16 разрядов. Качество записываемого и воспроизводимого звука, наряду с разрешением, определяется частотой дискретизации (количеством выборок в секунду).

Форматы звуковых файлов. Для хранения цифрового звука предусмотрено несколько форматов файлов. Самый известный - формат WAV, используемый Windows. Одна минута звукового сигнала, сохраненного в WAV-формате, займет на диске 2,5 - 10 Мбайт.

Сжатие звукового сигнала. Для хранения звукового сигнала необходим большой объем дискового пространства и поэтому в некоторых звуковых платах выполняется его сжатие методом адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (Adaptive Differential Pulse Code Modulation - ADPCM), что позволяет сократить размер файла примерно на 50%. Недостаток такого сжатия - ухудшение качество звука.

Характеристики звуковых плат.

Совместимость. Плата должна работать почти со всеми программами-приложениями, в которых используется звук.

Дискретизация. Критерием качества звуковой платы является частота дискретизации (иначе ее называют частотой выборок). Частота дискретизации вместе с разрядностью определяет качество звучания. Стандартные частоты дискретизации звуковых плат - 11,025, 22,05 и 44,1 КГц, а разрядности - 8, 12 и 16.

Программное обеспечение. В состав программного обеспечения могут входить:

- программы преобразования текста в речь;

- программы для воспроизведения, редактирования и записи звуковых файлов;

- программы создания музыкальных композиций (обычно входят в комплект плат, в которых предусмотрен MIDI);

- разнообразные звуковые фрагменты.

Многофункциональные сигнальные процессоры.

Процессоры устанавливаются примерно в половине универсальных звуковых плат (в платах Sound Pro 16 и Sound Pro 16 Plus фирмы Cardinal Technologies используется процессор ADSP2115 фирмы Analog Devices). Программируемый DSP платы Sound Blaster AWE32 сжимает данные, преобразует текст в речь и синтезирует так называемое трехмерное звучание, создавая эффект отражения звука и хорового сопровождения. Используя DSP можно превратить звуковую плату в многофункциональное устройство.

Разъемы звуковых плат. У большинства звуковых плат разъемы одинаковые. Через эти миниатюрные (1/8") разъемы сигналы подаются с платы на колонки, наушники и входы стереосистемы; к аналогичным разъемам подключаются микрофон, проигрыватель компакт-дисков и магнитофон. На вашей плате установлены (или, во всяком случае, должны быть установлены) разъемы четырех типов.

Линейный выход платы. Сигнал с этого разъема можно подать на внешние устройства - колонки, наушники или на вход стереоусилителя, с помощью которого сигнал можно усилить до определенного уровня. В некоторых звуковых платах, например в Microsoft Windows Sound System, имеются два выходных гнезда: один - для сигнала левого канала, а другой - для правого.

Линейный вход платы. Этот входной разъем используется при микшировании или записи звукового сигнала на жесткий диск.

Разъем для колонок и наушников. Этот разъем присутствует не во всех платах. Вместо него сигналы на колонки подаются с того же разъема (линейного выхода), что и на вход стереоусилителя. Если на плате присутствует два отдельных выходных разъема, то на том из них, который предназначен для колонок и наушников, сигнал мощнее - он должен обеспечить нормальный уровень громкости для наушников и небольших колонок. Выходная мощность большинства звуковых плат составляет примерно 4 Вт. Сигнал на линейном выходе при этом не проходит через усилительный каскад, и поэтому качество звука в нем выше.

Микрофонный вход. К этому разъему подключается микрофон дня записи на диск голоса или других звуков. Запись с микрофона является монофонической. Для повышения качества сигнала во многих звуковых платах используется автоматическая регулировка усиления (Automatic Gain Control - AGC). Уровень входного сигнала при этом поддерживается постоянным и оптимальным для преобразования. Для записи лучше использовать электродинамический или конденсаторный микрофон, рассчитанный на сопротивление нагрузки от 600 Ом до 10 КОм.

Разъем джойстика/MIDI. Для подключения джойстика используется 15-контактный D-образный разъем. Два его контакта предназначены для управления MlDI-устройством.

Управление громкостью. В некоторых звуковых платах предусмотрено ручное регулирование громкости, но на более сложных платах такой регулятор отсутствует (в этом случае управление громкостью осуществляется программно).

Устройство и функционирование звуковых плат.

Входы звуковой карты расположены на металлической панели, выходящие на заднюю стенку системного блока. Ко входам подключаются внешние устройства – микрофоны, магнитофоны и т.д. На рисунке 1.45 показаны четыре входа – Line In (линейный вход), Mic In (микрофонный вход), CD (вход для CD ROM), Aux In (для подключения автономного синтезатора и т.д.).

На задней панели звуковой карты обычно есть 15-пиновый разъем MIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т.д.) или джойстика, если карта используется для игр.

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы. Входной микшер (управление микшером осуществляется программно) нужен для того, чтобы установить оптимальный уровень записи.

Блок цифровой записи-воспроизведения (называется также цифровым каналом или трактом) осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и цифрового сигнала в аналоговый. Состоит из АЦП-ЦАП преобразователей и узла управления АЦП-ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема. Качество оцифровки и воспроизводимого звука зависит от входных и выходных усилителей и типа применяемых АЦП-ЦАП преобразователей.

 

Рисунок 1.45 – Схема мультимедийной звуковой карты

 

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП) данные поступают в сигнальный процессор (DSP-Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI (достоинство шины PCI – высокая пропускная способность и прямой доступ к оперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples) там, а не в ROM. Тем самым снижается загрузка процессора). Следует так же отметить, что существуют специализированные DSP – ASP (усиленный сигнальный процессор) и CSP (Creative Signal Processor –сигнальный процессор Creative) – используется микросхема CT1748 в некоторых картах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скорость сжатия, повысить скорость и надежность распознавания речи.

Сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП.

При воспроизведении звукового файла данные с жесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на ЦАП. Он переводит последовательность бит в аналоговый сигнал с переменной амплитудой и частотой, который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Этот микшер практически идентичен входному и управляется также программно.

Назначение синтезаторов. Наличие FM синтезатора (частотная модуляция) – для сохранения совместимости с Sound Blaster и Ad Lib. WT синтезатор (WaveTable- таблица волн) – для получения качественного звука. В FM синтезаторе используется принцип синтеза нескольких генераторов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует «оператор» - базовую единицу синтеза. Мультимедийные Wave Table синтезаторы позволяют получить лучшие характеристики звука Принцип их работы основан на воспроизведении заранее записанных в цифровом виде звучаний –самплов (samples). Wave Table синтезаторы имеют постоянную и оперативную память.

Каждый из синтезаторов имеет свой собственный ЦАП. После преобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшер звуковой карты [8, 9].

 

Вопросы.

 

1. Для чего используется интерфейс MIDI?

2. Какими характеристиками обладают звуковые карты?

3. Что представляют собой многофункциональные сигнальные процессоры?

4. Какое назначение основных блоков мультимедийной звуковой карты?

5. От каких параметров и характеристик операционных элементов звуковой платы зависит качество воспроизведения-записи звука?

 

Клавиатура

 

Клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики. Независимо от типов применяемых датчиков нажатия клавиш, все они объединяются в матрицу. Клавиатура содержит внутренний контроллер, выполненный обычно на микросхеме из семейства MCS-48 фирмы Intel, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом по линиям KB-Data и KB-Clock.

Классификация клавиатур.

1. Клавиатура XT - 83 клавиши, в оригинале без индикаторов. Впоследствии к ним добавили индикаторы состояния NumLock и CapsLock, управляемые внутренним контроллером по нажатию соответствующих клавиш.

2. Клавиатура AT- 84 клавиши, которая отличалась от XT появлением дополнительной клавиши SYSREQ и индикаторов Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock.

3. Расширенная клавиатура (Enhanced) - 101/102 клавиши, применяемая в большинстве моделей AT и PS/2, ставшая современным стандартом. Некоторые расширенные клавиатуры (например, "Microsoft Natural") имеют 104 или 105 клавиш, появились и 122-клавишные модели.

Клавиши расширенной клавиатуры разделены на 4 группы:

- основная клавиатура;

- функциональная клавиатура;

- цифровая клавиатура (Numeric Keypad), при выключенном индикаторе NumLock (или включенном NUMLOCK и нажатии SHIFT) используемая для управления курсором и экраном;

- выделенные клавиши управления курсором и экраном, дублирующие эти функции цифровой клавиатуры.

По электрическому интерфейсу клавиатуры XT и AT совпадают, за исключением того, что двунаправленный интерфейс позволяет клавиатуре AT принимать команды от системной платы. Однако по логическому интерфейсу они несовместимы, а клавиатура AT иногда имеет переключатель режима XT/AT. Клавиатура PS/2 отличается от AT только исполнением разъема, при необходимости можно использовать переходник (лучше мягкий).

Внутренний контроллер клавиатуры способен определить факты нажатия и отпускания клавиш, при этом можно нажимать очередную клавишу, даже удерживая несколько ранее нажатых. При нажатии клавиши клавиатура передает идентифицирующий ее скан-код. При удержании клавиши в нажатом положении через некоторое время клавиатура начинает автоповтор передачи скан-кода нажатия этой клавиши. Задержка автоповтора (Typematic Delay) и скорость автоповтора (Typematic Rate) для клавиатур AT программируются командами, посылаемыми в контроллер 8042. Расширенная клавиатура позволяет выбирать 1 из 3 наборов скан-кодов.

Кроме традиционного стандартного исполнения существуют и другие варианты клавиатур. Малогабаритные клавиатуры портативных компьютеров интегрированы в общий корпус, но часто эти компьютеры имеют разъем для подключения обычной внешней клавиатуры. Имеются разные эргономические варианты: клавиатуры, "разламывающиеся" на две половины, имеющие подкладки для рук и т. п. По ощущению от нажатия различают клавиатуры с "кликом" и без него. "Клик" - это щелчок, раздающийся при срабатывании нажатой клавиши. Щелчок может быть акустическим и механическим, ощущаемым пальцами как преодоление некоторого предела упругости, после которого нажимаемая клавиша проваливается.

Фирмы IBM и AT&T выпускают емкостные клавиатуры. Нижняя часть такой клавиатуры является одной большой обкладкой конденсатора. Клавиша нажимает на пружину, которая в свою очередь нажимает на толкатель. Толкатель передает усилие на емкостную ячейку. Емкостная ячейка посылает сигнал, который интерпретируется микропроцессом 8048, установленным в клавиатуре. Он пересылает идентификатор клавиши, называемый скан-кодом в ПК. ПК определяет, какая клавиша была нажата.

Системная поддержка клавиатуры. Клавиатура имеет двустороннюю поддержку со стороны BIOS: коды, принятые от клавиатуры, по аппаратному прерыванию IRQ1 (вектор 09h) обрабатываются, и результат обработки помещается в буфер, из которого по программному прерыванию этот результат для дальнейшей обработки может быть извлечен значительно позже.

BIOS INT 9h обрабатывает прерывания, вызванные приходом кодов нажатия и отпускания клавиш, анализируя принятый скан-код с учетом состояния флагов и комбинации клавиш альтерации SHIFT, CTRL, ALT, CAPSLOCK, NUMLOCK. Результат обработки (ASCII-символ и скан-код) помещается в клавиатурный буфер, расположенный в ОЗУ. В случае переполнения буфера очередное слово не записывается и подается звуковой сигнал.

Интерфейс клавиатуры. Интерфейс клавиатуры ПЭВМ, начиная с AT, построен на контроллере i8042 (или на логически эквивалентном контроллере, интегрированным в микросхемы чипсета, обычно, в южный мост или аналогичный по назначению хаб) и обеспечивает двустороннюю связь с клавиатурой. Причем передача информации к клавиатуре используется для управления индикаторами ее состояния и программирования параметров (автоповтор, набор скан-кодов).

Клавиатура подключается к системному блоку одним из двух видов разъема: обычным 5-контактным (розеткой на системном блоке и вилкой на клавиатуре) DIN, применяемым и в бытовой радиоаппаратуре, или малогабаритным (розеткой на системном блоке) mini-DIN, появившимся в компьютерах семейства PS/2 и получившим аналогичное название. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5 В. Вид разъемов со стороны системного блока и назначение контактов приведены на рисунок 1.46.

а - ХТ, АТ;

б - PS/2.

Рисунок 1.46 – Разъем подключения клавиатуры

 

Электрически и логически интерфейс клавиатуры PS/2 повторяет интерфейс клавиатуры AT, поэтому для согласования различных типов разъемов применяют специальные переходники.

Питание от разъема клавиатуры (через специальные переходники) часто используется при подключении к параллельному порту внешних накопителей или адаптеров локальных сетей. Если при этом предохранитель не выдержит тока, потребляемого этими устройствами (особенно, при включении), то это вызовет, естественно, и отказ клавиатуры – ее индикаторы не будут мигать при включении.

Контроллер клавиатуры i8042. Программируемый контроллер клавиатуры i8042 применяется в ПЭВМ, начиная с AT. Его функции состоят в приеме кодов от клавиатуры и управлении ее состоянием. ПЭВМ использовали контролер клавиатуры i8042 (позднее i8242) для общения с клавиатурой. Контролер на материнской плате в действительности взаимодействовал с подобным контроллером внутри клавиатуры, формировавшим коды нажимаемых клавиш – скан-коды. Контроллер, встроенный в клавиатуру, обычно, реализуется микросхемой из семейства MCS-48(51) – Micro Controller Set или логически совместимой.

Когда контроллер i8042 получает скан-код от интегрированного в клавиатуру контроллера, он сообщает об этом процессору, используя аппаратное прерывание, выделенное клавиатуре (IRQ1). Процессор затем интерпретирует нажатую клавишу и выполняет соответствующее действие.

Контроллер также регулирует время задержки повторения сигналов клавиатуры и скорость, с которой нажатая клавиша автоматически повторяется в отрезок времени.

В ряде ПЭВМ контролер клавиатуры обрабатывает ввод от интегрированной PS/2 мыши, имеющейся на многих ПЭВМ. Этот способ спроектирован IBM при создании оригинальной PS/2 линии.

Кроме того, контроллер клавиатуры использовался для управления "линией A20" (21-й адресной линией). Многие новые чипсеты сохраняют эту.

Встроенное программное обеспечение контроллера i8042 хранится обычно в масочном внутреннем ПЗУ и не допускает изменения, но в этом, как правило, и нет необходимости. Данная программа обеспечивает формирование запроса прерывания по приему скан-кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от процессора.

Контроллер может отрабатывать поступающие в него команды, содержание основных из которых сводится к чтению портов и регистров контроллера или записи в них.

Связь контроллера с другими узлами процессора осуществляется по 8-битной шине данных, подключаемой к системной шине процессора, и двум 8-битным портам: ввода и вывода (действие которых может программироваться), определенные разряды которых выведены на интерфейс клавиатуры (и мыши PS/2).

На рисунок 1.47 приведена структурная схема контроллера (одной из его модификаций VIA 82C42).

Когда клавиатура или мышка подают сигналы по линиям интерфейса (KBCLK, KBDATA, MSCLK, MSDATA), контроллер получает данные по последовательному интерфейсу и сохраняет полученные данные во внутреннем входном буфере. Если данные поступили от клавиатуры, то перед посылкой их во входной буфер выполняется трансляция полученного скан-кода. Кроме того, взводится сигнал в регистре состояния (и бит 4 порта вывода – IRQ1), указывающий на то, что входной буфер полон. Тем самым процессор оповещается о том, что нужно выдать команду чтения порта данных, чтобы извлечь полученные данные.

Процессор также может передать данные в клавиатуру (например, для переключения индикации) послав их в регистр данных. Данные, поступившие в этот регистр, будут переданы в клавиатуру через последовательный интерфейс. При этом контроллер будет ожидать от клавиатуры подтверждения, получив которое, завершит передачу и выставит оповещающий сигнал процессору.

В процессе передачи и приема данных контроллер выполняет контроль на четность и время передачи. Если произойдет какая-либо ошибка интерфейса или клавиатуры, это будет отражено в регистре состояния.

 

Рисунок 1.47 – Структурная схема контроллера клавиатуры

Принципы работы клавиатуры. Клавиатура включает в себя матрицу быстродействующих кнопочных контактов и 8-ми разрядную однокристальную микроЭВМ 8048 со встроенным ПЗУ емкостью 2К.

Каждый раз при нажатии клавиши замыкается контакт, находящийся на пересечении строки Х и колонки Y матрицы. Сигнал, который при этом вырабатывается, читается процессором 8048 и преобразуется в специальный код, называемый кодом сканирования, который посылается для интерпретации центральному процессору. Каждые 3-5 мс ИС 8048 сканирует матрицу клавиатуры, проверяя колонки по одной, проверяя, какая из линий имеет низкий уровень. Сначала сканируется первая колонка, и состояние контактов каждого ряда в этой колонке читается и сохраняется в памяти. Если замкнуть контакт, то эта точка /пересечение колонки и строки/ будет иметь потенциал 0 вольт. Сканирование продолжается, пока не будут прочитаны все четыре колонки. Каждый код сканирования запоминается в буфере ИС 8048. таким образом, этот буфер отражает состояние всей клавиатуры.

На этом сканирование не прекращается. Далее матрица проверяется на наличие "фантомного состояния контактов " /несколько контактов в прямоугольной области матрицы нажаты одновременно и закодированы неверно/. Если два замкнутых контакта находятся в одной колонке, и одна из двух строк, содержащих замкнутый контакт, имеет еще один замкнутый контакт, возникает "фантомное состояние контакта". Такое состояние распознается ИС 8048 и обычно игнорируется.

Принимаются только "законные" нажатия клавиш /включая двойные и тройные комбинации, когда одна или две клавиши замкнуты, а третья нажимается. Поскольку процесс сканирования выполняется за 3-5 мс, а интервал между нажатиями клавиш составляет 20-50 мс, то матрица сканируется по крайней мере однажды за это время, и неправильный ввод отбрасывается.

Во время сканирования, когда воспринимается замыкание контакта, процессор 8048 ждет несколько миллисекунд, чтобы дать возможность замыканию зафиксироваться. Одна из трудностей при работе с механическими переключателями /клавишами/ состоит в том, что они не замыкаются сразу. Электрически они "подпрыгивают" /переходные процессы/ несколько раз прежде, чем будет достигнут плотный контакт.

Этот "дребезг" дает шумовые выбросы, которые могут быть интерпретированы как значимые сигналы, вызывая такие эффекты, как появление четырех или пяти повторений символа от одного нажатия клавиши.

Чтобы учесть это, процессор 8048 дает небольшую (несколько миллисекунд) задержку, прежде, чем закодировать нажатие клавиши и послать прерывание.

Каждое нажатие клавиши вырабатывает свой код. Специальные функции и символы верхнего регистра можно получить нажатием клавиш Shift, Ctrl, Alt и одного или более символов. BIOS центрального процессора проверяет наличие сигнала специальной клавиши (Shift/Ctrl/Alt) при нажатии других клавиш. Этот сигнал и код сканирования символьной клавиши в результате порождают специальную функцию или символ верхнего регистра.

Процессор 8048 вырабатывает код сканирования при нажатии клавиши и при ее освобождении.

Если держать клавишу нажатой более половины секунды, то 8048 вырабатывает соответствующий код сканирования 10 раз за каждую секунду.

8048 сообщает схеме ввода с клавиатуры в компьютере о своей готовности послать код сканирования клавиши тем, что выдает логическую единицу на своей линии KBD DATA в течение 0,2 мс. Потом он выталкивает 8-ми битную последовательность кода сканирования, начиная с младшего бита, каждый бит через 0,1 мс.

Схема клавиатуры показана на рисунке 1.48.

U2 - программируемый контроллер прерываний.

8259 (U2) - программируемый контроллер прерываний. Каждый раз, когда периферийному устройству необходимо связаться с центральным процессором (ЦП), оно требует прервать работу ЦП, посылая сигнал на контроллер прерывания 8259 (U2). Этот контроллер посылает сигнал прерывания INT на вход ЦП, заставляя ЦП прервать работу и обратиться по специальному адресу к подпрограмме обработки прерывания. ЦП также выдает специальный код на контроллер шины 8288 (U6), вызывая появление сигнала подтверждения прерывания (INTA). Программируемый контроллер прерываний U2 имеет восемь входов (IRQ0,IRQ1,...,IRQ7) линий запросов прерываний. Эти входы обрабатывается контроллером U2 в специальном приоритетном порядке. Вход с номером 0 имеет высший приоритет. Если два запроса прерываний приходит на U2 одновременно, то запрос на прерывание с номером входа ближним к нулю, получит приоритет и будет обработан первым. Когда запрос на прерывание воспринимается U2, устройство вырабатывает сигнал прерывания INT, который посылается на ЦП. Если прерывание принимается (прием можно запретить с помощью программной команды), ЦП посылает код на контроллер шины 8288 (U6), в результате чего сигнал подтверждения прерывания (INTA) возвращается на U2. После считывания INTA U2 выводит восьми - битовый вектор прерываний на шину данных. Это приводит к тому, что U2 посылает сигнал, отключающий системный буфер шины данных, и это приводит к тому, что U2 может управлять шиной данных.

Рисунок 1.48 – Структурная схема интерфейса клавиатуры

 

Состав контроллера клавиатуры на базе процессора 8048:

- U3 - центральный процессор;

- U6 - контроллер шины;

- U24 - восьмиразрядный последовательно-параллельный регистр;

- U26 - D-триггер (делитель промежуточной частоты);

- U36 - программируемый периферийный интерфейс (ППИ);

- 8255 ППИ (U36) - периферийное устройство с адресуемым интерфейсом шины данных, управляемый квитированными линиями (специальными коммуникационными сигналами);

- U82 - сдвоенный D-триггер.

Сигнал от 8048 задерживается, а затем тактируется на ИС 74LS175 U26 (4 D-триггера), чтобы выработать синхронизированный входной сигнал на 74LS322 (U24), представляющий собой 8-разрядный последовательно-параллельный регистр.

Когда последний бит 8-разрядного кода сканирования последовательно сдвинется в U24, тот выработает сигнал на своей ON линии. Этот сигнал попадает на вход данных сдвоенного D-триггера 74LS74 (U82). Когда следующий входной тактовый сигнал с U26 попадает на U82, триггер выдаст сигнал запроса на прерывание IRQ1.

Запрос на прерывание IRQ1 посылает программируемому контроллеру прерываний 8259 (U2), который генерирует сигнал прерывания INT. Сигнал INT воспринимается центральным процессором. ЦП останавливается, выясняя, в чем дело, и дает подтверждение запроса на прерывание, посылая код на свои линии S0-S2 к контроллеру шины 8288. Контроллер шины 8288 отвечает генерацией сигнала подтверждения прерывания INTA, который возвращается на 8259 /U2/. Контроллер прерываний 8259 затем выставляет вектор прерывания (INT9) на шину данных, и процессор (ЦП) вызывает программу обработки прерывания INT9 из BIOS. INT9 приводит к считыванию кода сканирования в порт A ППИ 8255 (U36). Код сканирования преобразуется программой BIOS'а в ASCII-код для выбора символа. Код сканирования и код символа (ASCII) хранятся в 16-символьном буфере. INT9 также сбрасывает запрос на прерывание, так что становится возможным появление другого системного прерывания.

ASCII символ и код сканирования для одного нажатия клавиши считываются из буфера другим прерыванием (INT16)& сигнал INT16 вызывается программой или операционной системой. Когда программа, выполняемая на компьютере, или операционная система ждет ввода, который требует работы с клавиатурой, то вырабатывается сигнал INT16. Он заставляет BIOS выполнить программу ввода/вывода с клавиатуры. Программа ввода/вывода читает буфер клавиатуры, пока не найдет код символа. Тогда она помещает каждый код (ASCII и сканирования) в регистр ЦП. Затем подпрограмма считывает статус данных для определения, не нажаты ли специальные клавиши (Shift,Ctrl,Alt). Наконец, она посылает ASCII код символа вызывающей его программе. Эта программа использует символ как символьную строку или числовой ввод, смотря по назначению, и посылает символ на активное устройство вывода (экран или принтер), где можно видеть, какой символ нажат.

Вопросы.

1. Какие типы клавиатур используются в настоящее время?

2. Что используется в качестве датчиков нажатия клавиш?

3. Для чего используется внутренний контроллер клавиатуры?

4. Что представляет собой системная поддержка клавиатуры и для чего она нужна?

5. Что представляет собой интерфейс клавиатуры и для чего он нужен?

6. Какие конструктивные варианты разъемов используются при подключении клавиатуры?

7. Что представляет собой контроллер клавиатуры PC/AT 8042?

8. Как работает клавиатура (схема, назначение элементов)?

9. Что такое «фантомное» состояние, «дребезг» и «законные» нажатия контактов?

10. Как работает схема обработки кодов клавиатуры?

11. Для чего используется восьмиразрядный последовательно-параллельный регистр и программируемый периферийный интерфейс?

12. Какое время занимает процесс сканирования матрицы клавиатуры (интервал между нажатиями клавиш составляет 20-50 мс) и для чего?

Видеоадаптеры

 

MDA (Monochrome Display Adapter – монохромный адаптер дисплея) – простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC. Работает в текстовом режиме с разрешением 80х25 (столбцов-строк), поддерживает 5 атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мерцающий.

 

 

Рисунок 1.49 – Структурная схема простейшего видеоконтроллера

 

HGC (Hercules Graphics Card - графическая карта Hercules) - расширение MDA с графическим черно-белым режимом 720x348, разработанное фирмой Hercules.

CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер) - первый адаптер с графическими возможностями. Текстовый режим 40x25 (столбцов и строк) и 80x25 (матрица символа - 8x8), графический режим с разрешениями 320x200 или 640x200.

EGA (Enhanced Graphics Adapter - улучшенный графический адаптер) - дальнейшее развитие CGA. В текстовых режимах дает формат 80x25 (матрице символа 8x14). Графичемкий режим с разрешением 640x350. Количество одновременно отображаемых цветов - 16, палитра расширена до 64 цветов.

 

Рисунок 1.50 – Структурная схема видеоадаптера EGA-VGA

 

MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный графический адаптер) - введен фирмой IBM в ранних моделях PS/2.

VGA (Video Graphics Array – массив визуальной графики) расширение MCGA совместимое с EGA. Добавлен текстовый режим 720x400 для эмуляции MDA и графический режим 640x480.

 

 

Рисунок 1.51 – Структурная схема видеоадаптера VGA

 

SVGA (Super VGA - "сверх" VGA) - расширение VGA с добавлением более высоких разрешений. Видеорежимы добавляются из ряда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 - все с соотношением 4:3. Цветовое пространство расширено до 65536 (High Color) или 16 млн (True Color).


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!