URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 3. Urządzenia wejściowe Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Miernictwa Elektronicznego ETI PG 2003 13.03.2003

Urządzenia wejściowe SKANERY Urządzenia do wprowadzania obrazu. Przetwarzają na postać cyfrową statyczny płaski obraz.

Urządzenia wejściowe Proces skanowania Skanowanie polega na podziale obrazu na niewielkie obszary i rozpoznaniu stopnia szarości lub koloru obszaru Skanowany obraz jest oświetlany źródłem światła o widmie ciągłym rurowa lampa fluorescencyjna CCFL (lampa z zimną katodą) lampa halogenowa lampa ksenonowa zespół diod świecących (CIS)

Urządzenia wejściowe Proces skanowania (cd) Światło odbija się od określonego obszaru i pada na elementy światłoczułe fotopowielacze CCD - półprzewodnikowe elementy o sprzężeniu pojemnościowym (prostsze, tańsze, bezobsługowe) Urządzenie posiada rząd elementów światłoczułych decydujący o szerokości skanowanego paska obrazu

Urządzenia wejściowe Proces skanowania (cd) potencjał elektryczny elementu światłoczułego jest proporcjonalny do natężenia światła, zależnego od poziomu szarości skanowanego obrazu potencjał jest wzmacniany i przetwarzany na postać cyfrową Skanowanie obrazów kolorowych zasada addytywności kolorów: RGB, wymagana jest znajomość rozkład wartości natężenia trzech składowych dla obrazu skanowanie trójprzebiegowe (tańsze i prostsze) skanowanie przebiega trzykrotnie, osobno dla każdej ze składowych, w każdym przebiegu w torze optycznym umieszczany jest inny filtr obraz wynikowy powstaje przez złożenie 3 obrazów (niebezpieczeństwo “rozjechania się” mechaniki)

Urządzenia wejściowe Proces skanowania (cd) Skanowanie obrazów kolorowych (cd) skanowanie jednoprzebiegowe obraz jest jednokrotnie przeglądany 3 systemy: pryzmat rozszczepiający światło odbite po rozszczepieniu trafia na precyzyjnie umieszczone elementy światłoczułe zwierciadła półprzezroczyste za pomocą zwierciadeł światło odbite jest rozdzielane na trzy wiązki; w torze każdej umieszczony jest filtr barwny; zwierciadła są lekko wklęsłe trzy źródła światła: system naprzemiennie pracujących trzech lamp emitujących monochromatyczne światło

Urządzenia wejściowe Rozwiązania konstrukcyjne skanerów W zależności od sposobu, w jaki następuje względne przesunięcie źródła światła : skanery ręczne Wyposażone w enkoder przesunięcia zbliżony konstrukcyjnie do myszy. Skanowane są pasy ok. 10cm, z 1 cm zakładką, przesuwanie ruchem jednostajnym i prostolinijnym. Obraz jest tworzony programowo, na podstawie pomiaru drogi i rozpoznania charakterystycznych punktów. Niezbędna jest kalibracja uwzględniająca zmiany jasności lampy itp.. Skanery ręczne mają rozdzielczość rzędu 300x300DPI.

Urządzenia wejściowe Rozwiązania konstrukcyjne skanerów (cd) skanery automatyczne samojezdne Konstrukcja analogiczna do skanerów ręcznych. Wyposażone w mechanizm umożliwiający samodzielne poruszanie się. płaskie Skanowany umieszczony jest na szybie, pod którą umieszczone jest zwierciadło odbijające światło na linijkę elementów światłoczułych rolkowe Para walców przesuwa obraz względem nieruchomej głowicy. bębnowe Obraz jest mocowany do przezroczystego bębna w środku którego znajduje się głowica ze źródłem swiatła. Bęben wiruje z prędkością 1000-1500 obr/s, a głowica przesuwa się liniowo.

Urządzenia wejściowe Rozwiązania konstrukcyjne skanerów (cd) skanery płaskie lampa stabilizator

Urządzenia wejściowe Rozwiązania konstrukcyjne skanerów (cd) skanery płaskie silnik krokowy układ luster

Urządzenia wejściowe Parametry skanerów rozdzielczość tonalna Liczba bitów niezbędna do opisu odcienia pojedynczego bitu obrazu (1-36). rozdzielczość optyczna Liczba punktów rozpoznawanych przez skaner w przeliczeniu na jednostkę długości (cal). Dla skanerów płaskich, rozdzielczość w jednej osi definiuje liczba elementów CCD, a w drugiej rozdzielczość mechanizmu przesuwającego głowicę, dlatego też czasem wyróżnia się pojęcie rozdzielczości mechanicznej rozdzielczość wyjściowa Możliwa do uzyskania metodą interpolacji rozdzielczość skanera gęstość optyczna inaczej zakres dynamiki; stosunek jasności najjaśniejszego rozróżnialnego punktu do jasności punktu najciemniejszego. Logarytm dziesiętny ze wsp. odbicia. Wartości od 0 D do 4 D. 2D -> punkty jasne są 100 razy jaśniejsze od ciemnych. Najlepsze skanery (bębnowe) ok.. 3.7 D.

Urządzenia wejściowe Interfejsy skanerów port równoległy IEEE1284, Najwolniejsza z metod transmisji magistrala SCSI Można korzystac z istniejącej w komputerze lub zwykle z dodatkowej karty magistrala USB Korzystne proporcje ceny, prędkości transmisji i łatwości używania magistrala Firewire Najszybsza, stosowana w skanerach high-end

Urządzenia wejściowe Skanery 3D kontaktowe laserowe

Urządzenia wejściowe Czytniki kodów kreskowych specjalizowane skanery pozwalające odczytywać obrazy zbudowane z jasnych i ciemnych pasków o różnych szerokościach Budowa elektrooptyczny system oświetlający diodowy laserowe źródło światła (zasięg kilka metrów) system pomiaru odbitej wiązki światła pojedyncze CCD linijka CCD Czytniki stacjonarne i ręczne Parametry zasięg dopuszczalny kąt pracy

Urządzenia wejściowe Przetworniki obrazu Są wykorzystywane w kilku rodzajach urządzeń peryferyjnych skanery czytniki kodów kreskowych mysz optyczna kamery i aparaty cyfrowe Podstawowe typy przetworników obrazu: CMOS CCD fotopowielacze

Urządzenia wejściowe Przetworniki obrazu (cd) Przetworniki CMOS struktura CMOS z fotodiodami i umieszczonymi obok nich tranzystorami, wytwarzana klasyczną technologią (niski koszt) pojedyncza komórka odpowiada za piksel - matryca CMOS jest dwuwymiarowa - sygnały z komórek są odprowadzane klasycznymi połączeniami elektrycznymi (mała bezwładność) część fotonów trafia w tranzystory wzmacniacza a nie w fotodiodę - mała rozdzielczość sensor wrażliwy na szumy

Urządzenia wejściowe Przetworniki obrazu (cd) CCD ładunek proporcjonalny do oświetlenia jest odprowadzany z jednej strony matrycy mniej połączeń elektrycznych lepsza rozdzielczość (brak wzmacniaczy tranzystorowych i ich wyprowadzeń) wymagają chłodzenia ze względu na duży pobór mocy (100x większy od CMOS) większa rozdzielczość i jakość ze względu na doskonalszą technologię wynikającą z dłuższej obecności na rynku

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 4. Urządzenia wyjściowe Marek Niedostatkiewicz Katedra Miernictwa Elektronicznego ETI PG 2003

zrozumiałą dla odbiorcy UPSE - klasyfikacja JEDNOSTKA CENTRALNA konwersja na postać zrozumiałą dla odbiorcy świat zewnętrzny Urządzenia wyjściowe: Urządzenia przeznaczone do wyprowadzania informacji

UPSE - klasyfikacja Urządzenia wyjściowe: drukarki monitory wyświetlacze plotery wyjściowe urządzenia dźwiękowe

Urządzenia wyjściowe DRUKARKI Stanowią najbardziej zróżnicowaną grupę urządzeń peryferyjnych. Różnice dotyczą: technologia uzyskania druku sposobu budowania znaku (znakowe/matrycowe) szybkości działania jakości wydruków liczby kolorów sposobu sterowania i komunikacji z komputerem

Urządzenia wyjściowe - drukarki Podział ze względu na technologię druku (1) drukarki uderzeniowe kontakt mechaniczny elementu drukującego z papierem przez taśmę barwiącą dźwigienkowe dźwigienki podobne jak w maszynie do pisania, rozetkowe czcionki umieszczone na powierzchni walca lub półkuli prędkość do kilkudziesięciu znaków na sekundę wierszowe przesuwana taśma z czcionkami (tzw. gąsienica drukarska) szereg elektromagnetycznych młoteczków umożliwiających jednoczesny wydruk kilku znaków we wierszu igłowe (matrycowe - dot matrix) młoteczkowe

Urządzenia wyjściowe - drukarki Podział ze względu na technologię druku (2) drukarki uderzeniowe rozetkowe

Urządzenia wyjściowe - drukarki Podział ze względu na technologię druku (3) drukarki bezuderzeniowe z papierem elektroczułym czarny papier pokryty jasną warstwą aluminium przepływ prądu (ok. 1A) pomiędzy stykami głowicy wypala aluminium i odsłania czarny punkt prędkość drukowania do trzech wierszy na sekundę z papierem termoczułym papier termoczuły - czernieje pod wpływem temperatury >150C głowica (nośnik ceramiczny) zawiera elementy grzejne szybkość drukowania do 10 wierszy/s możliość drukowania grafiki, znaków, kodów paskowych stosowana powszechnie w parkometrach, kasach, bankomatach, wówczas często wyposażone w obcinacz papieru problem zasilania urządzenia / zakresu tepmperatur pracy

Urządzenia wyjściowe - drukarki Sposób budowania znaku drukarki znakowe czcionka jest przenoszona z wzorca na papier drukarki mozaikowe Znak jest budowany z mozaiki punktów na podstawie wzorca zapisanego w pamięci znaków. Pozwalają drukować znaki i grafikę. Rozdzielczość - DPI i wymiar punktów determinują jakość drukarki (360 - 1800DPI) Uzyskiwanie różnych odcieni szarości przez rastrowanie

Urządzenia wyjściowe - drukarki Reprezentacja różnych odcieni: Rastrowanie - metoda tworzenia odcieni szarości przez rozmieszczanie na drukowanej powierzchni drobnych, czarnych punktów. rastrowanie amplitudowe Punkty o zmiennej wielkości są rozmieszczane w równych odległościach (poligrafia) rastrowanie częstotliwościowe Punkty o stałej wielkości są rozmieszczane z różną gęstością na powierzchni wydruku (drukarki komputerowe) Obszar 2x2 -> 5 różnych odcieni szarości

Urządzenia wyjściowe - drukarki Reprezentacja różnych kolorów: Kolory uzyskiwane są przez złożenie (mieszanie) barw podstawowych - dithering. Wydruk następuje na podstawie informacji o zawartości barw składowych: RGB - red green blue CMYK - cyan(niebieskozielony), magenta(purpura) yellow, black jakość fotograficzna: dodatkowo jasne C, jasne M intensywność barwy podstawowej jest uzyskiwana przez rastrowanie punkty drukowane dla składowych nie mogą się pokrywać - istnieją współzależności położenia rastrowanych punktów, zawierające elementy losowe

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki igłowe Znaki drukowane są jako matryca punktów z generatora znaków drukarki. Stosowane jest 8 lub 24 igły w rzędzie, dociskające taśmę barwiącą do papieru możliwość stosowania taśm wielobarwnych lub taśm od maszyny do pisania (Star LC10)

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki igłowe napęd głowicy silnikiem krokowym, przemieszczanie po wydrukowaniu fragmentu matrycy Wydruk znaków i grafiki, ruch głowicy w dwie strony wydruk wiersza po odebraniu CR lub LF transport papieru wałkiem gumowym lub za pomocą zębatek ciągnących papier z perforowanymi marginesami możliwość drukowania kilku kopii (do 7 kopii) WADY: hałaśliwość, niewielka prędkość drukowania (200-400 znaków/s 100 w trybie NLQ rozdzielczość: 9 igłowe 240x144 / 24 igłowe 360x360

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki igłowe Kilka sposobów drukowania: druk dwukierunkowy (draft) wydruk jednokierunkowy (grafika - brak zniekształceń) wydruk tłusty - każdy znak drukowany dwukrotnie, po przesunięciu w o pół punkru poziomo pismo staranne - każdy wiersz drukowany dwukrotnie z przesunięciem o 1/2 punkta w pionie i poziomie podwójnej szerokości - dwukrotny wybór każdego punktu mozaiki drukarki młoteczkowe

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe Drukarki tworzące obraz metodą umieszczania na papierze mikroskopijnych kropli atramentu wystrzeliwanych z głowicy drukującej. krople mają średnicę pomiędzy 50-60 um < 70um (włos), objętość w pikolitrach krople są pozycjonowane z dokładnością do 1440x720um krople mogą mieć różne kolory w celu tworzenia obrazów kolorowych intensywność barw reguluje się przez rastrowanie

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe pierwsza drukarka atramentowa: Siemens PT80i, rok 1977, głowica 12 dysz praca w trybie przerywanym, generacja kropel metodą piezolelektryczną prędkość druku: 270cps

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (1) zespół głowicy drukującej głowica drukująca Zawiera szereg dysz służących do wystrzeliwania atramentu

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (2) zespół głowicy drukującej Cartdridge z atramentem Przechowuje atrament w kolorach bazowych (CMYK) w osobnych komorach. Konfiguracje: wspólny zasobnik dla wszystkich kolorów CMYK 2 zasobniki: dla koloru czarnego i dla kolorów osobne zasobniki dla każdego z kolorów składowych Zasobnik w niektórych modelach zawiera takżę głowicę drukującą.

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (3) zespół głowicy drukującej napęd zespołu głowicy Silnik krokowy przesuwa w poprzek papieru wózek z zespołem głowicy drukującej. Niektóre drukarki posiadają dodatkowy silnik parkujący głowicę w stanie spoczynku.

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (4) zespół głowicy drukującej pasek zębaty Przenosi napęd z silnika na zespół głowicy stabilizator Wspornik po którym przesuwa się zespół głowicy

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (6) zespół podawania papieru zasobnik papieru paper tray / feeder rolki pobierają papier z zasobnika i przesuwają w celu zadrukowania kolejnych linii. silnik krokowy podawania papieru

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - budowa (7) układ zasilania zewnętrzny zasilacz wewnętrzny zasilacz sterownik drukarki gniazda interfejsów port równoległy USB SCPI

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - działanie (1) Technologie wytwarzania kropli: termiczne (Metoda pęcherzykowa) Opornik o długości 30-70um wytwarza ciepło podgrzewające atrament do temperatury przegrzania. Rozgrzany atrament paruje, Tworzy się pęcherzyk gazu wypychający kroplę atramentu. W czasie stygnięcia pęcherzyk kurczy się, zasysana jest kolejna porcja atramentu, na dyszy tworzy się menisk wklęsły Wystrzelenie kropli i ponowne napełnienie: 80-100us (10000/s), typowa głowica: 600 punktów stosowania przez Hewlett-Packard, Canon, Lexmark

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - działanie (2) Technologie wytwarzania kropli: termiczna - metoda pęcherzykowa

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - działanie (3) Technologie wytwarzania kropli: termiczne (Metoda pęcherzykowa) Na papier trafia atrament o wysokiej temperaturze - tendencja do rozlewania się Na elemencie grzejnym osadza się warstwa atramentu - konieczność okresowej wymiany głowic

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - działanie (4) Technologie wytwarzania kropli: piezoelektryczne W kanaliku doprowadzającym atrament za membraną znajduje się element z cienkich, włosowatych piezokryształów podanie napięcia powoduje odkształcenie i wybrzuszenie membrany membrana wypycha kroplę atramentu z dyszy atrament ma temperaturę pokojową - ostre krawędzie na wydruku metoda droższa od pęcherzykowej, opatentowana przez firmę Epson

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - działanie (5) Technologie wytwarzania kropli: piezoelektryczna

Urządzenia wyjściowe - drukarki Drukarki atramentowe - papier Drukarki atramentowe wymagają dedykowanego papieru spełniającego określone założenia: jasność Jasny papier ma gładszą strukturę - odbija światło w kierunku obserwatora. absorbcja Zdolność do absorbcji atramentu nie powinna być zbyt duża - grozi wówczas rozmywanie się kropek atramentu zanim ulegnie on zaschnięciu. Specjalne gatunki papieru pokrytego woskiem - wysoka rozdzielczość druku na skutek możliwości intencjonalnego “zlewania” kropel

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005