Функциональная схема принтера HP LJ1100

Функциональная схема принтера HP LJ1100

В составе принтера можно выделить несколько печатных плат и основных модулей:

1. Плата форматера (плата обработки данных);
2. Плата источников питания и контроллера механизмов;
3. Модуль сканера/лазера;
4. Блок фиксации изображения;
5. Датчики;
6. Панель управления;
7. Соленоид загрузки бумаги.

Функциональная схема принтера представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Плата форматера (Formatter).

Этот модуль предназначен для получения и обработки данных, поступающих от ПК. Данные передаются по интерфейсу Centronics (J4), других интерфейсов принтер не поддерживает. Так как параллельный интерфейс Centronics подвержен электростатическим разрядам при подключении принтера и ПК во включенном состоянии, на плате форматера имеется схема защиты интерфейсных цепей от электростатических разрядов и превышения напряжения. Данные, передаваемые от ПК, обрабатываются специализированным микропроцессором, который и носит название форматера данных.

Форматер - это 32-разрядный RISC-процессор, работающий на частоте 35 МГц. Форматер является заказной микросхемой, разработанной специально для применения в этой модели принтера. В качестве ядра этого процессора и ядра его архитектуры используется процессор MCF5202 фирмы Motorola, который относится с серии процессоров ColdFire, в основе архитектуры которых в свою очередь положен широко известный и очень популярный процессор M68000.  Тактовая частота форматера задается внешним кварцевым резонатором. Форматер имеет в своем составе встроенные порты ввода/вывода, тактовый генератор, счетчики, таймеры, контроллер прерываний, т.е. фактически представляет собой микро-ЭВМ. Форматер работает в соответствии с управляющей программой, "прошитой" в ПЗУ. Кроме управляющей программы в ПЗУ хранятся кодовые таблицы символов (знакогенератор). Микросхема ПЗУ работает в 32-разрядном режиме.

На плате форматера так же имеется и оперативная память (ОЗУ) емкостью 2Мбайт. ОЗУ выполнено в виде одной интегральной микросхемы. Это 16-разрядная микросхема динамического типа (DRAM). Оперативная память необходима для хранения образа печатаемой страницы, для хранения временных данных микропроцессора, для организации стеков и различных буферов и т.п.

                Объем ОЗУ может быть увеличен за счет дополнительных модулей памяти в виде DIMM-модулей емкостью 4, 8, 16 Мбайт. Кроме того, модули DIMM могут представлять собой и ПЗУ с дополнительными шрифтами.

Контроллер механизмов принтера HP LJ1100

Платой контроллера механизмов выполняются такие функции, как:

• формирование питающих напряжений для всех механизмов и узлов принтера;
• управление блоком фиксации (печкой) принтера;
• управление главным электродвигателем принтера;
• формирование сигнала RESET;
• формирование высоких напряжений для блока создания изображения

На печатной плате находится выходной датчик бумаги, обеспечивающий контроль выдачи бумаги из блока фиксации. Кроме того, к печатной плате контроллера механизмов подключается блок лазера и датчики наличия и загрузки бумаги.Выполнение всех этих функций обеспечивает микроконтроллер, находящийся с обратной стороны платы. Этот микроконтроллер управляется программой, “прошитой” в самом микроконтроллере. На плате Engine Controller’а можно выделить следующие модули:

• Источник питания.
• Схема управления печкой.
• Схема защиты от перегрева печки.
• Микроконтроллер.
• Формирователь сигнала RESET.
• Драйвер главного электродвигателя.
• Источник высокого напряжения ролика заряда.
• Источник высокого напряжения вала проявки.
• Источник высокого напряжения ролика переноса.
• Соединительные разъемы и датчики.

Теперь по порядку рассмотрим перечисленные узлы, их особенности и размещение на схеме. 

Источник питания

Источник питания представляет собой импульсный источник, преобразователь (инвертор) которого выполнен по однотактной схеме. Входные цепи источника обеспечивают защиту от помех, токовых бросков и бросков входного напряжения, подаваемого на разъем.  Входные цепи имеют типовое для импульсного источника питания построение. Выпрямление переменного тока сети осуществляет диодный мост. Импульсный преобразователь, работает по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

 Схема управления печкой

Блок фиксации (печка) подключается  разъему J102 (см. схему блока питания и рис. 1). На нагревательный элемент печки подается переменное напряжение сети. Подача или отключение этого напряжения осуществляется с помощью симистора, выполняющего функцию мощного ключа в цепи переменного тока. Для обеспечения гальванической развязки первичной и вторичной цепей управление симистором осуществляется через оптопару, представляющую собой светодиод и фотосимистор. Сигнал для переключения симистора формируется микроконтроллером. В этой модели принтера симистор работает в режиме ON/OFF. Схема защиты от перегрева печки обеспечивает безусловное отключение нагревательного элемента печки от питающей сети в случае возникновения аварийного режима работы – чрезмерного перегрева, например, при «пробое» симистора (т.е. при его «коротком» замыкании). Размыкание цепи переменного тока осуществляется за счет отключения реле. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор. Кроме того, реле может управляться еще и микроконтроллером. Микроконтроллер и включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии «Готов»), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

  Микроконтроллер

Микроконтроллер является однокристальным микропроцессором, имеющим в своем составе ПЗУ, ОЗУ, тактовый генератор, счетчики, таймеры, цифровые порты, аналоговые порты, АЦП. Управляющая программа находится внутри контроллера. Частота тактового генератора задается кварцевым резонатором. Микроконтроллер формирует сигналы для управления всеми двигателями, источниками высоких напряжений, считывает состояния всех датчиков. Связь микроконтроллера с блоком обработки данных (форматером) осуществляется через  интерфейсный разъем J201. Микроконтроллер является специализированной микросхемой. Назначение контактов микроконтроллера приводится в табл.1 

      Таблица 1

 Формирователь сигнала RESET

Формирователь представляет собой интегральный стабилизатор типа Low Drop. Сигнал RESET устанавливается в “высокий“ уровень в том случае, если напряжение питания +3.3В становится номинальным. Сигнал RESET подается на конт. 54 микроконтроллера (RESETI),  и уже микроконтроллер «передает» этот сигнал на форматер, устанавливая сигнал «высокого» уровня на своем выходном конт. 53 (RESETO).

  Драйвер главного электродвигателя

Главный электродвигатель подключается к разъему J401 и является шаговым двигателем. Переключения фаз двигателя происходит по управляющим сигналам микроконтроллера, формируемым на его выводах (конт.43, 44, 45,47). Сигналом ENBI (конт. 44) разрешается управление двигателем, сигналы FB и FA (конт.45 и 47) определяется направление тока фаз двигателя. Коммутация обмоток двигателя осуществляется микросхемой драйвера двигателя. Эта микросхема содержит мощные ключевые транзисторы, схемы контроля и регулировки тока фаз, схемы токовой защиты двигателя. Питающим напряжением для двигателя является напряжение +24В. Величина тока фаз двигателя задается токовыми датчиками, а пороговое значение токового ограничения может задаваться сигналом IO (конт.43) на выходе микроконтроллера.

 Источник высокого напряжения вала заряда

Источник состоит из двух частей: формирователя переменного напряжения синусоидальной формы и формирователя постоянного напряжения. Контактная площадка, к которой подключается ролик заряда, находящийся внутри картриджа, обозначена J304. На этой площадке создается переменное напряжение синусоидальной формы, имеющее еще и отрицательную постоянную составляющую (рис.1). Переменная составляющая формируется из меандрового сигнала, генерируемого на конт.30 (PRACC) микроконтроллера. Этот сигнал преобразуется в синусоидальный с помощью микросхемы мощного операционного усилителя. 

 Полученное напряжение через трансформатор передается на ролик заряда. Формирователь постоянной составляющей управляется высокочастотным импульсным сигналом, генерируемым на конт.31 (PRDCC) микроконтроллера. Ширина импульсов на этом контакте изменяется  при регулировке плотности изображения, что приводит к изменению величины постоянной составляющей напряжения не ролике заряда, т.е. регулировка плотности осуществляется методом ШИМ. Напряжение заряда должно стабилизироваться для обеспечения равномерной плотности при печати. Такая стабилизация осуществляется цепью обратной связи. Наличие тока ролика заряда и его величина контролируется микроконтроллером через аналоговый входной порт CRGSNS (конт.39). На этом входном контакте появляется постоянное напряжение около 1.2 В в том случае, если через ролик заряда протекает ток и ток имеет нормальное значение. Если напряжение на входе CRGSNS отсутствует, то это интерпретируется как отсутствие тонер-картриджа, что сопровождается соответствующей индикацией на панели управления. Очень интересной особенностью данной модели принтера является то, что на резиновый прижимной ролик блока фиксации (печки) подается отрицательное напряжение постоянного тока. Это позволяет уменьшать статический заряд на бумаге перед ее выдачей в выходной лоток, а также позволяет уменьшать загрязнение печки тонером, что, в итоге, способствует получению более качественных копий и продлению срока эксплуатации печки. Напряжение смещения для прижимного вала печки также создается источником питания ролика заряда. Постоянная составляющая напряжения заряда через резисторы прикладывается к контактной площадке J305. От этой площадки через контактную пластину напряжение прикладывается к оси резинового прижимного валика печки.

   Источник высокого напряжения вала проявки

Данным источником создается переменное напряжение прямоугольной формы с отрицательной постоянной составляющей. Контактная площадка, к которой подключается магнитный вал проявки, сам находящийся внутри картриджа, обозначена J301. Переменная составляющая формируется из сигнала прямоугольной формы, генерируемого на конт. 29 (DVACC) микроконтроллера, путем усиления с микросхемой мощного операционного усилителя. Полученное напряжение прикладывается к первичной обмотке трансформатора, через который передается на магнитный вал проявки. Постоянная составляющая создается выпрямлением и сглаживанием напряжения, наводимого во вторичной обмотке трансформатора. Выпрямительная цепь состоит из диода и конденсатора. Уровень постоянной составляющей в этой модели принтера не регулируется. 

 Источник высокого напряжения вала переноса

Этот источник состоит из двух частей: формирователя положительного напряжения и формирователя отрицательного напряжения. Оба эти формирователя представляют собой импульсные источники питания, управляемые микроконтроллером последовательностью высокочастотных импульсов. При этом стабилизация и регулировка выходных напряжений этих источников осуществляется методом ШИМ. Контактная площадка, к которой подключается ролик переноса, обозначен на схеме как J302.  Формирователь положительного напряжения запускается и управляется импульсами с конт.33 (TRPWM) микроконтроллера.

Формирователь отрицательного напряжения запускается и управляется импульсами с конт.32 (TRNFOT) микроконтроллера.

Формирователь положительного напряжения должен работать в период переноса изображения на бумагу, создавая на поверхности бумаги положительный потенциал, способствующий притягиванию отрицательно заряженного тонера. Формирователь же отрицательного напряжения должен работать в те моменты времени, когда работает главный электродвигатель, но бумага не находится в области переноса изображения, т.е. в периоды, когда бумага еще только загружается, или когда бумага уже находится в печке. Таким образом, в работе вала переноса создаются так называемые периоды очистки.

Стабилизация напряжения переноса и его регулировка, в зависимости от влажности бумаги и окружающей среды осуществляется, как уже говорилось, изменением ширины импульсов на конт.33 микроконтроллера. Сигнал обратной связи считывается микроконтроллером через аналоговый входной порт TRCRNT (конт.37). Микроконтроллер в соответствии со своей управляющей программой оценивает уровень сигнала обратной связи и изменяет в необходимой пропорции длительность сигналов на конт.33.

 Соединительные разъемы и датчики

В принтере Hewlett Packard LaserJet 1100 имеются следующие датчики:- Датчик наличия бумаги во входном лотке. Датчик регистрации (загрузки бумаги). Выходной датчик бумаги находится на плате микроконтроллера и считывается через конт.10 (EXITSNS) микроконтроллера. Датчик температуры печки. Подключается к разъему J206. Сигнал от датчика – аналоговый, поэтому и считывается через аналоговый входной порт микроконтроллера – THSNS (конт.38). На плате микроконтроллера имеется семь разъемов, назначение которых представлено в табл.2.

 Таблица 2 

 Для диагностики исправности платы микроконтроллера и всех механизмов, подключаемых к ней, имеется специальный тест – Engine Test, запускаемый нажатием кнопки SW201.