喷墨打印机工作原理及并行端口工作原理

村野老农 2010-11-27

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无论您是在何处读到的这篇文章，您的身旁十之八九会有一台打印机，而且很可能是一台喷墨打印机。从上个世纪八十年代后半期喷墨打印机进入市场以来，它们的普及率和性能一直在增长，而价格则显著地下降。

由惠普公司制造的一台便宜的彩色喷墨打印机

喷墨打印机指的是所有在纸张上喷洒极细小的墨滴从而生成图案的打印机。如果您曾看过喷墨打印机打印出来的纸张，那您一定会注意到以下几点：

墨点极其微小（直径通常在50到60微米之间），它们的尺寸甚至比头发的直径（70微米）还小！

墨点的排列非常精确，分辨率能达到每英寸点数(dpi)为1440x720。

墨点可以有不同的颜色，它们组合起来就能产生拥有照片品质的图像。

在本篇博闻网文章中，您将会了解喷墨打印机的各个部件，以及这些部件是如何组合起来打印出图像的。您还将获取关于墨盒和某些喷墨打印机使用的特种纸的知识。

首先，让我们快速浏览一下各种不同的打印机技术。

打印机的种类

现在有几种常用的打印机技术。这些技术可以被划分为两大类，每一大类中又包含若干种：

击打式打印机——这类打印机的原理是：打印机接触纸张，产生图像。有两种主要的击打式打印机技术：

点阵打印机用一系列小针尖击打墨带，使附着其上的墨水转移到击打点对应的纸张位置上。

字符打印机基本上是用计算机控制的打字机。真实的字符（字母和数字）被雕刻在球或一系列长棒的表面上。当适当的字符被击打在墨带上时，字符的图案就被转移到纸张上。字符打印机对打印简单的文本来说快速而方便，但其他的功能则非常有限。 非击打式打印机——这类打印机在产生图像时并不接触纸张。而喷墨打印机就属于这一类，非击打式打印机包括：

喷墨打印机，使用一系列喷嘴将墨滴直接喷射在纸张上，我们将在本文中详细介绍这种打印机。

激光打印机，使用干墨（墨粉）、静电和热把墨放置和固定在纸面上，在激光打印机工作原理中会有对激光打印机详细而深入的介绍。

惠普激光打印机LaserJet 4050T

固体喷蜡打印机含有一根根蜡状的墨，打印时墨被融化并被涂在纸张上，接着便固化在那里。

热升华打印机含有一个很长的透明薄膜卷，像是红色、蓝色、黄色、灰色的玻璃纸首尾相接在一起。在薄膜内含有固态的染料，它们的颜色分别是：青色、品红、黄色和黑色(CMYK)，这是在打印过程中所要使用的四种基本颜色。打印头包含一个加热部件，它可以随特定颜色所需的量的不同而变化温度。染料蒸发，并渗入光滑的纸面，然后再变回固态。对于每一种基本颜色，纸张都要在打印机中经过一个完整的循环，才能逐渐将图像构建出来。

热蜡式打印机综合使用了热升华技术和固体喷蜡技术。它使用的是一个色带，色带上交错分布着CMYK四种颜色。色带从打印头的前面经过，打印头上一系列细小的加热针使蜡融化并附着在纸张上，然后固化在那里。

热感自动彩色打印机的颜色被包含在纸张中，而没有在打印机里。这种打印纸张有三层（青色的、品红色的和黄色的），每一层都在获得特定的热量时被激发。打印头包含一个可以变化温度的加热部件。打印头经过纸张三次，就分别为每一颜色层提供它们所需的合适的温度。

在所有这些令人不可思议的技术之中，喷墨打印机是到目前为止最流行的。事实上，如今只有激光打印机技术能与之媲美。

那么，让我们来仔细看看喷墨打印机的内部构造。

喷墨打印机的构造

常见的喷墨打印机包括如下部分：

打印头组件

打印头——喷墨打印机的核心部件。打印头包含一系列喷嘴，用来喷射墨滴。

打印头组件

墨盒——打印机的制造厂商和型号不同，墨盒也相应地有不同的组合形式。有些的黑白墨盒和彩色墨盒是分开的，有些则是存在于同一个盒子中，甚至有些打印机每一种墨水颜色都对应着一个单独的墨盒。还有些喷墨打印机的墨盒本身就包含了打印头。

打印头步进电机——步进电机带动打印头组件（打印头和墨盒）相对于纸张前后运动。某些打印机还包含另一个步进电机，它用来在打印机不工作的时候停放打印头组件。停放是指让打印头组件不会有偶然的移动，这就象汽车上的手刹起的作用一样。

像这样的步进电机控制着喷墨打印机大部分组件的运动。

传动带——传动带被用来连接打印头组件和步进电机。

平衡杆——打印头组件利用平衡杆来保证运动是精确的和可控的。

平衡杆传动带

送纸组件

托纸盘/送纸器——大部分喷墨打印机都有一个托纸盘，纸可以被放在上面。一些打印机用送纸器取代了标准的托纸盘。送纸器一般位于打印机的背面，开口呈一个特定的角度，使人们可以把纸放在里面。但是送纸器所能容纳的纸张不如传统的托纸盘多。
辊——托纸盘或送纸器中的纸张被一组辊带动，在打印头组件准备好下一张的打印时把纸送入。

辊带动纸张通过打印机

送纸步进电机——该电机给辊提供动力，使纸张以精确的增量移动，从而保证打印出的图像是连续的。

电源——早期的打印机通常使用外接的变压器，而如今大多数打印机都使用的自带的标准电源。

控制电路——打印机内部包含着很小但非常精细的电路，它控制着所有的机械运转，同时还对计算机传送给打印机的信息进行解码。

包含微处理器和内存的小型电路板控制着打印机的机械运转

连接端口——许多打印机仍然使用并口，但大部分新型打印机使用USB端口。一些打印机利用串口或小型计算机系统接口(SCSI)端口进行连接。

虽然USB已成为主流，但是许多打印机仍然使用并口。

喷墨技术

不同类型的喷墨打印机形成墨滴的方式不同。现在打印机制造厂商使用的主要有两种喷墨技术：

热泡式喷墨打印头的喷嘴

热泡式——被佳能和惠普等厂商使用，这种方法常常被称为气泡喷墨。在一台热泡式喷墨打印机中，用极小的电阻产生热量，热使墨水蒸发，从而产生气泡。当气泡膨胀时，一些墨水被挤出喷嘴，滴在纸张上。气泡的破裂（塌缩）产生一部分真空。这就使更多的墨水从墨盒吸入打印头。一个典型的气泡喷墨打印头有300或600个小喷嘴，所有喷嘴可以同时喷射墨滴。

按下按钮，看看热泡式喷墨打印机是如何工作的。

压电式——该技术的专利权属于爱普生公司，它采用了压电晶体。每一个喷嘴的墨水贮存箱的背后都安放着一块晶体。用极小的电荷施于其上，让晶体振动。当它向内振动时，就将很小一部分墨水挤压出喷嘴。当它向外振动时，就将其他一些墨水吸入贮存箱，以补充那些已喷出的墨水。

按下按钮，看看压电式喷墨打印机是如何工作的。

让我们走近打印的全过程，了解其中的奥秘。

喷墨打印机打印过程

当您按下按钮开始打印时，以下这些事情将依次发生：

您使用的应用软件把需要打印的数据发送给打印机驱动程序。
驱动程序把数据转换为打印机可识别的格式，并检查打印机是否在线、是否可以进行打印。
驱动程序将数据从计算机经由接口（并口、USB等）发送给打印机。
打印机接收到来自计算机的数据。接着它将特定量的数据储存在缓存中。根据打印机型号的不同，缓存可以是512 KB到16 MB的随机存取存储器(RAM)。缓存非常有用，因为它们可以让计算机很快地完成打印进程，而无需等到实际的页面打印完毕。大的缓存可以存放一篇复杂的文档或好几篇简单的文档。
如果打印机被闲置了一段时间，那么它通常会经历一个较短的清洁循环，以保证打印头的洁净。一旦清洁循环结束，打印机便可以开始打印了。
控制电路起动送纸步进电机。它带动辊把纸从托纸盘或送纸器送入打印机。在托纸盘或送纸器中有一个很小的触发装置，有纸时它是被按下的。如果触发装置没有被按下，那么打印机上“缺纸”的LED灯会被点亮，并向计算机发送一个警告。
一旦纸张被送入打印机并被定位在页面的开始处，打印头的步进电机便利用传动带带动打印头组件在页面上移动。电机每次停顿非常短的时间，让打印头向纸面喷射墨滴，然后移动一小点再停顿。由于步进的速度很快，所以看起来像是连续运动。
每一次停顿都会喷射许多墨点。打印机能以精确的量喷射CMYK颜色，从而产生其他任何可能的色彩。
一行打印完毕后，送纸步进电机将纸张往前移动几毫米。有一部分型号的打印机将打印头重置于页面的开始一侧，而大多数型号的打印机则直接反向打印，从而在打印过程中向开始位置移动。
这一过程会持续进行，直到页面打印完毕。不同的打印机打印一张纸的时间各不相同。所需时间同样也随着页面的复杂性和页面上图片的大小而变化。比如说，一台打印机打印黑白文档时，每分钟输出页数(PPM)可能为16，而打印一张全彩满页的图片则可能要好几分钟。
一旦打印完成，打印头便停下来。送纸步进电机带动辊旋转，将打印完的纸张送入出纸托盘。如今大多数打印机使用的墨水都是快干的，所以人们可以直接取出纸张而不会把纸弄脏。

在下一小节里，您将了解到更多的关于墨盒和打印机用纸的信息。

纸张与墨水

喷墨打印机是相当便宜的。它们的价格比一般的黑白激光打印机要低，比彩色打印机则低得多。事实上，很多厂家是在亏本卖一些打印机。您常常能够发现一些大减价的打印机，其价格比一套墨盒的价格还便宜！

这台打印机的售价低于100美元。

为什么厂家要这么做？因为他们指望您所购买的耗材所带来的利润。这和电子游戏行业的运营方式相类似。硬件以成本价或低于成本价出售。但是一旦您购买了一个特定品牌的硬件，您就必须购买和该硬件相符的其他产品。也就是说，您不能购买A品牌的打印机和B品牌的墨盒。因为它们不能合在一起工作。

厂商另一种节省成本的方法是把打印头的许多部分都结合进墨盒之中。制造厂商认为，既然打印头是打印机中最容易被损耗的部分，那么每次更换墨盒的同时更换打印头便可以延长打印机的寿命。

喷墨打印机输出图像的质量很大程度上取决于您所使用的纸张。普通的复印纸是可以用来打印的，但其图像则不如专为喷墨打印机制造的纸张打印出的图像那么清晰明亮。影响图像质量的两个主要因素是：

亮度

吸收性

纸的亮度通常由纸张表面的粗糙程度决定。粗糙的纸会往各个方向散射光线，而光滑的纸则会往同一方向散射较多的光线。这会使纸看起来更亮，因此纸张上的所有图像也会显得更明亮。只要比较一下报纸上的照片和杂志上的照片，您就能看出这一点来。和报纸粗糙的质地相比，杂志那光滑的纸张能把更多的光反射进您的眼睛。因此任何被标明明亮的纸张一般来说只是比普通纸光滑一些而已。

另一个影响图像质量的关键因素是吸收度。当墨水被喷射到纸张上时，它应该形成紧凑而均匀的小点，而不应该被纸张过分地吸收。否则，小点就会开始羽化。也就是说，小点会扩散成一个不规则的形状，它将覆盖一个比打印机预设值稍大一些的面积。这会导致页面看起来有些模糊，在对象和文本的边缘处更是如此。

想像一下左边是涂布纸上的一点，而右边那一点位于
低档的复印纸上。请注意，和左边的点比起来，
右边的点形状不规则并且更大。

像前面讲到的，羽化是由纸张吸墨导致的。因此为了防止羽化，高质量的喷墨打印纸都覆盖着一层蜡状的薄膜，这使得墨水能够被保持在纸张的表面。通常来说，涂布纸的打印效果比其他纸张要好很多。涂布纸的低吸收度是许多现在的喷墨打印机能获得高分辨率的关键。比如说，一台普通的爱普生喷墨打印机在普通纸上能打印出720x720 dpi的分辨率。而如果使用涂布纸，分辨率可以增加到1440x720 dpi。因为打印机实际上可以稍微移动纸张一点点，从而能在每一行普通行的旁边再打印一行，这得益于羽化不会发生且墨点不会模糊到一起。

喷墨打印机可以在各种材质上打印。商业喷墨打印机还可以直接在啤酒瓶标签等物品上喷墨打印。对于不同的用户需求，有各种各样的专业纸张，从标签纸到名片和说明书等等。甚至还有热烫转印纸，让您可以生成图像并把它印到T恤衫上！有一点是确定的，喷墨打印机的确提供了一种简单而便宜的方法来释放您的创造力。

墨盒重注墨盒的价值不菲，因此围绕墨盒重注的概念形成了一个很大的行业。对于大多数人来说，重注是一个好主意，但有如下几点需要注意：

确保墨水重注工具和您的打印机型号相符。正如前一节所讲述的，不同的打印机会使用不同的技术将墨水置于纸面上。如果您使用的墨水型号有误，那么会降低打印输出质量，甚至可能会损坏打印机。有一些商用喷墨打印机使用油性墨水，而事实上几乎所有家用和办公用的桌上型打印机都使用水性墨水。此外，不同厂商的墨水成分也有很大的不同。例如，热泡式喷墨打印机的墨水和压电式打印机的墨水相比，它可以在更高的温度稳定存在。
大部分制造厂商要求您只使用他们核准过的墨水。而重注墨水通常会使您丧失保修权利。
当您能够重注墨盒时，要特别小心那些内建有打印头的墨盒。对它们的重注不能超过两到三次，不然打印头的状况将会影响并可能损坏您的打印机。

并行端口工作原理

1. 引言

如果您需要将打印机连接到计算机上，使用并行端口是一个不错的选择。尽管USB日益流行，但并行端口仍然是连接打印机的常用接口。

计算机背面典型的并行端口

并行端口可用于连接许多常见的计算机外设：

打印机
扫描仪
CD刻录机
外置硬盘驱动器
艾美加Zip可移动驱动器
网络适配器
磁带备份驱动器

在本文中，您将了解到它被称为并行端口的原因、用途及其工作原理。

并行端口的基本知识

作者：Jeff Tyson

并行端口最初由IBM（国际商业机器公司）开发，作为一种将打印机连接到PC的方法。在IBM设计PC的过程中，公司需要计算机与Centronics公司（当时的顶级打印机生产厂商）所生产的打印机协同工作。因此，IBM决定在计算机上使用一种不同的端口接口，以区别于Centronics针对打印机设计的接口。

于是，IBM的工程师们将一个25针连接器（DB-25）和一个36针Centronics连接器耦合，做成一条特殊的电缆，从而将打印机连接到计算机上。随后，其他打印机生产商最终也不再使用Centronics接口，从而使这种奇怪的混合电缆成为了一种看似不可能的事实标准，从而流行起来。

当PC使用并行端口向打印机或其他设备发送数据时，每次都发送8位数据（1个字节）。这8位数据彼此并行传输，与通过串行端口串行（所有数据都以单行传送）传输所采用的方式相反。标准并行端口每秒能传输50到100千字节的数据。

接下来，让我们进一步了解当与打印机连用时，端口每一针的作用：

第1针传输选通信号。它将电压保持在2.8到5伏之间，但只要计算机发送一个字节的数据，它就会降到0.5伏以下。这种电压的下降就在通知打印机：正在传输数据。
第2针到第9针用于传输数据。为了表明某一位的值是1，相应的针将会发送一个5伏的电压信号。如果针上的电压值为0，则表明该位的值为0。这是在模拟电缆上实时传输数字信息的一种简单而高效的方法。
第10针发送从打印机到计算机的应答信号。与第1针一样，它也保持一个电压，并且在接收数据后将电压降到0.5伏以下，以此来通知计算机已接收了数据。
如果打印机忙，它会给第11针充电。然后通过将电压降到0.5伏以下来通知计算机：准备接收更多数据。
如果打印机的纸已用完，它会通过第12针发送电压信号通知计算机。
只要计算机接收到第13针上的电压信号，则说明设备处于联机状态。

计算机利用5伏电压通过第14针向打印机发送一个自反馈信号。
如果打印机出现任何故障，则会将第15针的电压降到0.5伏以下来通知计算机：打印机出现故障。
只要新的打印作业准备就绪，计算机就降低第16针的电压来初始化打印机。
计算机使用第17针以远程方式使打印机脱机。如果您想使打印机脱机，可以向打印机发送一个电压信号并且保持发送该信号。
第18到第25针接地，并且用作低电位（0.5伏以下）的参考信号。

请注意Centronics的前25针与第一个连接器的各针是如何匹配的。并行端口发送每个字节的同时还发送一个握手信号，以便打印机锁存该字节。

SPP/EPP/ECP

并行端口的原始规范规定数据传输是单向的，也就是说每针的数据都只能单向传输。然而，随着1987年PS/2的问世，IBM提出一种新型的双向并行端口设计。该模式通常称为标准并行端口 (SPP)，并且已经完全取代了最初的设计模式。双向通信允许设备既能发送数据又能接收数据。许多设备使用最初为数据传输设定的8针（从第2针到第9针）。使用此相同的8针将通信方式限制为半双工，也就意味着信息每次只能沿一个方向传输。但是，第18到第25针（最初设计只是用于接地）也可以用作数据传输。这使得全双工（同时沿两个方向传输）通信成为现实。

增强型并行端口（EPP）由英特尔、Xircom和Zenith于1991年创建。EPP允许每秒传输更多的数据（500千字节到2兆字节）。它专门针对那些要连接并行端口的非打印机设备，尤其是需要最高传输速率的存储设备。

随着EPP的问世，微软和惠普也紧随其后，于1992年联合发布了一个称为扩展功能端口（ECP）的规范。EPP针对的是其他设备，而ECP的设计目的则是为了改善打印机的速度和功效。

1994年，IEEE1284标准正式公布。它囊括了并行端口设备的两大规范，即EPP和ECP。为了使其正常工作，操作系统和设备必须支持必要的规范。如今这已经不算是什么难题了，因为大多数计算机都支持SPP、ECP和EPP，并且会根据不同的连接设备检测出需要使用的模式。如果您需要手动选择模式，则可以通过多数计算机上的BIOS进行操作。