CN103640344A - 一种控制非同步多喷头协同打印的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制非同步多喷头协同打印的方法,该方法包括步骤:主机打印引擎程序产生打印数据和控制信息,并分开传输给打印主板控制器。打印数据通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,命令解析和数据分发模块将各喷头的打印数据分发至各自的第一级缓冲FIFO中,然后经内存控制器的读写仲裁后保存于内存SDRAM的独立数据区内,随着各喷头触发信号的到达,向内存控制器请求读出的打印数据暂存于各喷头的第二级缓冲FIFO中,最后由各喷头驱动模块发送至喷头。
Description
技术领域
本发明涉及高速多喷头打印领域,特别是一种控制宽幅面打印系统中非同步多喷头协同打印的方法。
背景技术
以往,各类包装上的文字,图形或条码,往往采用丝网印刷机,转印机甚至更原始的机械式滚轮凸模来完成印刷。这类印刷方法的生产效率低,印刷质量不高,印刷品的清晰度达不到要求。近几年来,许多大公司已研发出各类热发泡式或压电陶瓷式的高解析度的喷头,基于这几类喷头开发的非接触式连续喷墨打印机以其灵活高效,印刷质量高并且适用性强的优势迅速赢得更广阔的产品市场和更好的经济效益。
然而,由于工艺的限制,单个高解析度喷头的宽度和精度往往满足不了某些工业高端应用的需求。为了更充分的挖掘和利用喷头的性能,工业喷墨打印系统通常采用多喷头组合的方式,多喷头协同使用,能增加一次喷射的有效喷孔个数,依此来增大打印幅面宽度,或者提高打印精度。喷头组合的方式分为两大类:一类是各喷头相同位置的喷孔在物理位置上按一定间隔错开,即各喷头的喷孔互插。另一类是使多喷头拼接,即使前喷头的最后喷孔和后喷头的最前喷孔相邻。前者可以提高喷头固有分辨率,而后者增大了一次喷射的纵向物理尺寸。实际的应用中,大多数情况都是为了增大打印宽度而使用多喷头,本发明方法也是针对此种应用场合。
在工业上,通常用以下3种方式组合利用喷头。方式1是将多个喷头捆绑成一组,每组用一个打印主板控制器来控制。方式2是将多个喷头分开独立放置,但是这组喷头仍被同一个打印主板控制器控制。方式1主要针对宽幅面的全部区域都需被覆盖的情况,此时多喷头横向纵向都紧密拼接。方式2可以应用于大幅面中有多处不相邻位置的喷印环境。在这两种方式中,多个喷头的时序,都是由同一个打印主板控制器控制,它们各自的打印数据也都是通过同个打印主板控制器来分发。工业实现中一般都是通过在打印数据中填充空打印数据零来简化多喷头的同步控制。喷头之间的横向距离与所需填充字节浪费的带宽成正比。因此,填充空打印数据的方案对喷头的相对横向位置就有一定的约束。由于方式1中两两喷头之间只有无法避免的物理卡座定位间距,故此时由喷头间距造成的填充数据浪费的数据带宽仍可以接受。然而如果应用中采用方式2来组合多喷头,填充空打印数据的方案将无法适用。为了实现各喷头横向位置无约束的灵活喷印要求,也有第3种方式来实现。方式3就是多个控制器分别管理各个喷头,这种实现独立性的代价就是占用较多的计算机外围接口。由于计算机外围接口数目有限,这样的一个系统能同时启用的喷头数就受到了很大的限制。再则考虑到现代计算机单个外围接口的数据带宽很可观,如果在方式2中突破了相对位置的约束,那么就能有效地利用接口。在同等硬件配置的情况下,一个打印主板控制器控制以组为单位的多个喷头,节省了接口,也利于系统的扩展,多个接口就可连接多个独立的打印主板控制器,从而控制更多的喷头。所以,如何做到一个打印主板控制器协同多个喷头的打印,且希望这些喷头的位置可以任意放置,是高速多喷头打印技术的突破点。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种控制非同步多喷头协同打印的额方法。
本发明提出的控制非同步多喷头协同打印的方法包括步骤:主机打印引擎程序产生打印数据和控制信息,并分开传输给打印主板控制器;打印数据通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,命令解析和数据分发模块将各喷头的打印数据分发至各喷头对应的第一级缓冲FIFO中,然后经SDRAM读写控制器的读写仲裁后保存于SDRAM读写控制器的独立数据区内,第二级缓冲FIFO作为各喷头将打印的数据从SDRAM读写控制器读出后的暂存处,由SDRAM读写控制器裁决读SDRAM操作后填充,第二级缓冲FIFO与各自的喷头驱动模块相连接,随着各喷头触发信号到达喷头驱动模块,各喷头驱动模块从相应的第二级缓冲FIFO中读出打印数据发送至喷头。
优选地,命令和参数通过打印主板控制器的命令通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,随后命令解析和数据分发模块根据命令和参数执行相应动作,延时参数被分发至触发管理模块。
优选地,对于主机与打印控制器之间的单个接口内部有大于控制喷头总数的多个微数据通道时,命令解析和数据分发模块根据不同微数据通道的地址选择,接收数据后直接存入对应喷头的第一级缓存中,对于主机与打印控制器之间的单个接口内部有少于控制喷头总数的数据通道时,命令解析和数据分发模块从单一微数据通道接收所有喷头的数据,并进行拆包解析数据包标识,分发至各喷头的第一级缓存FIFO中。
优选地,所述命令解析和数据分发模块通过建立的命令通道,接收主机打印引擎程序传来的各种打印命令和打印参数的配置,对命令做出相应的动作。
优选地,所述打触发管理模块通过接受命令解析和数据分发模块中的各个喷头的触发延时参数,并监控外部位置触发信号,产生不同的开关信号给所述打印主板控制器中的各个喷头驱动模块。
优选地,打印主板控制器中的SDRAM读写控制器对所管理的内存划分成与喷头个数相等的多个逻辑独立区域,各喷头待打印的数据分别放入各独立区域,对各区域的读写请求由所述内存控制器进行仲裁。
优选地,读取数据的请求优先级总是高于写入数据的请求优先级,不同区域写入数据请求的仲裁采用轮盘赌优先级策略。
优选地,喷头驱动模块循环等待所述触发管理模块产生该喷头的触发信号,根据各种喷头的驱动波形和时序约束,每次触发信号开启一次驱动喷头的打印控制信号。
本发明从单一物理接口向打印主板控制器发送多喷头的打印数据,打印主板控制器接收数据后,在其内部的内存管理器将各喷头的数据分开管理,并且合理裁决各个喷头的数据读写请求。同时主机打印引擎将各喷头的相对位置关系转化为触发延时信息,通过打印主板控制器的命令通道传入打印主板控制器中的触发管理模块。各个喷头不再需要利用空打印数据来填补因喷头之间的相对位置造成的打印时差,使得多喷头之间的间距不再受约束,并因不再填充空打印数据而提高了数据带宽的利用率。
附图说明
图1是根据本发明控制非同步多喷头单个控制器带多个喷头且多控制器并行打印的示意图。
图2是本发明实施例中具有单一数据通道接口时的示意图。
图3是本发明实施例中具有多个数据通道接口时的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及要点更加清楚,下面参照附图并结合具体实施实例对本发明进一步说明。
本发明提出的控制非同步多喷头协同打印的方法的基本原理是:首先通过多个通道或者数据打包添加标识的方式将各喷头的打印数据传输进入打印主板控制器,打印主板控制器接收数据后,在其内部的内存管理器将各喷头的数据分开管理,并且合理裁决各个喷头的数据读写请求。同时主机打印引擎程序将各喷头的相对位置关系转化为触发延时信息,通过打印主板控制器的命令通道传入打印主板控制器中的触发管理模块,使得不再需要利用空打印数据来填补因各喷头之间的相对位置造成的时间间隔。利用本发明,使得在宽幅面的打印系统中,多喷头之间的间距不再受约束,做到喷头位置灵活配置,并因不再填充空打印数据而提高了数据带宽的利用率,进一步提高了打印系统的效率。
本发明将数据信息与控制信息分开管理,数据信息指打印数据,控制信息包括命令和参数。
打印数据产生于主机打印引擎程序,通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,随后依次经过,命令解析和数据分发模块,为平衡主板控制器接收到的数据的速度和数据往SDRAM的写入速度而设置的第一级缓冲FIFO,SDRAM读写控制器,为平衡喷头驱动模块消耗数据的速度和数据从SDRAM的读出速度而设置的第二级缓冲FIFO,最后由各喷头驱动模块发送至喷头。主机打印引擎程序产生打印数据和控制信息,并分开传输给打印主板控制器;打印数据通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,命令解析和数据分发模块将各喷头的打印数据分发至各喷头对应的第一级缓冲FIFO中,然后经SDRAM读写控制器的读写仲裁后保存于SDRAM读写控制器的独立数据区内,第二级缓冲FIFO作为各喷头将打印的数据从SDRAM读写控制器读出后的暂存处,由SDRAM读写控制器裁决读SDRAM操作后填充,第二级缓冲FIFO与各自的喷头驱动模块相连接,随着各喷头触发信号到达喷头驱动模块,各喷头驱动模块从相应的第二级缓冲FIFO中读出打印数据发送至喷头。
命令和参数产生于主机打印引擎程序,通过打印主板控制器的命令通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块。随后命令解析和数据分发模块根据命令和参数执行相应动作,延时参数被分发至触发管理模块。主机打印引擎程序负责用户的交互,并且实时产生动态的打印数据流,将归属于各个打印主板控制器的数据流分别发往各个主机外围接口。
参照图1,每个打印主板控制器控制M个喷头。主机有N个外围接口,可连接N个实现方式相同的打印主板控制器,每个打印主板控制器形成并行的独立运行单元。主机外围接口与打印主板控制器建立一对一的物理连接,对于工业上实现打印主板控制器所采用的两类物理链路层接口,本发明提出了相应的解决方案。
对于打印主板控制器的物理链路层接口内部没有微数据通道划分的情况,或者可以划分出的独立微数据通道个数小于每个打印主板控制器控制的喷头总数的情况,主机打印引擎程序与每个打印主板控制器建立一个数据通道。由于打印主板控制器管理的所有喷头的数据都通过单一数据通道传输,因此数据包包头需带上指示所述喷头的标记。打印主板控制器的命令解析和数据分发模块对数据包包头进行解析,根据包的标识分发到为各喷头设立的第一级缓存FIFO中。
对于打印主板控制器的物理链路层接口内部有微数据通道划分,且能够划分出不少于每个所述打印控制器控制的喷头总数的多个独立的微数据通道的情况,主机打印引擎程序与每个主控制器建立M个数据微通道,打印主板控制器管理的所有喷头数据通过不同的数据微通道传输。打印主板控制器的命令解析和数据分发模块通过微通道地址的选择来区分各喷头的数据,进而分发到为各喷头设立的第一级缓存FIFO中。
主机打印引擎程序与每个打印主板控制器建立一个命令通道,将用户设置的该打印主板控制器内所有喷头的相对位置信息转化为触发延时参数信息。这些延时参数,以及打印相关的命令和所有其他参数信息都通过该命令通道传入打印主板控制器内部的命令解析和数据分发模块中。打印主板控制器内部的命令解析和数据分发模块对命令解析后执行对应的动作。
打印主板控制器中的触发管理模块,通过接收打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块中的各个喷头的触发延时参数,并监控外部位置触发信号,为各喷头设置独立的延时计数,产生非同步的触发开关信号给打印主板控制器中的各喷头驱动模块。
本发明提出的1个内存控制器控制M个喷头数据区的方法,是打印主板控制器的内存控制器将内存划分成M个逻辑独立的区域,对这M个区域读写进行仲裁。读取数据请求的优先级总是高于写数据请求的优先级,不同区域写数据请求的仲裁则采用轮盘赌优先级策略,最大程度防止饥饱不均现象。打印主板控制器的内存控制器跟踪记录这M个区域的读写地址,使新到达的打印数据不至于覆盖尚未打印的旧数据。对于各喷头有独立数据微通道的情况,假设第i(0=<i<M)个区域没有多余空间保留新数据时,阻塞数据微通道i,直到喷头i消耗数据后腾出空间存储新数据。主机打印引擎程序可利用各个微数据通道的堵塞自动达到各喷头的流量控制。对于所有喷头共用一个数据通道的情况,假设任一区域没有多余空间保留新数据时,阻塞整个数据通道,直到喷头消耗了数据,且所有区域都腾出空间存储新数据。因为任一喷头的数据饱和造成的通道堵塞,都会阻断所有的喷头数据流,如果因某个喷头数据造成通道堵塞的时候,另有喷头正缺少数据,此时将无法正常打印,所以主机打印引擎程序需进行各喷头流量预测,根据各喷头实际数据消耗量来合理分配数据传输带宽。
作为一种优选方案,本发明进而提出了用2个内存控制器控制2*M个喷头数据区的方法。实现方法与所述1个内存控制器控制M个喷头数据区的方法相同,区别在于打印主板控制器内实例化2个内存控制器,相邻喷头的数据由不同的内存控制器管理。采用上述优选方案后,本发明的效果是:既保证了各个喷头读写请求的快速响应,又在一定程度上节约了硬件,并最大限度的利用了硬件资源。
打印主板控制器中内存管理器写数据的请求,来自打印主板控制器中第一级各个FIFO缓冲的满信号。各喷头读取数据的请求,来自第二级FIFO缓存的半空信号,这种提前申请的方式有效预防由于内存控制器仲裁的延迟,无法及时补给数据的状况。
打印主板控制器中的喷头驱动模块循环等待触发管理模块产生该喷头的触发信号,根据各种喷头的驱动波形和时序约束,每次触发信号的到来将开启一次驱动喷头的打印控制信号。
结合图2和图3,本发明的控制非同步多喷头协同打印的方法包括以下各步骤:
主机打印引擎程序产生打印数据和控制信息,并分开传输给打印主板控制器。
打印数据通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块。命令解析和数据分发模块将各喷头的打印数据分发至各自的第一级缓冲FIFO中,然后经内存控制器的读写仲裁后保存于内存SDRAM的独立数据区内。第二级缓冲FIFO作为各喷头即将打印的数据从SDRAM读出后的暂存处,由SDRAM读写控制器裁决读SDRAM操作后填充。随着各喷头触发信号的到达,各喷头驱动模块从相应的第二级缓冲FIFO中读出发送至喷头。
命令和参数通过打印主板控制器的命令通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块。随后命令解析和数据分发模块根据命令和参数执行相应动作,延时参数被分发至触发管理模块。
对于物理链路层接口实现方案中接口内部有大于控制喷头总数的多个数据通道,打印主板控制器的命令解析和数据分发模块根据不同微数据通道的地址选择,接收数据后直接存入对应喷头的第一级缓存中。对于物理链路层接口实现方案中接口内部有少于控制喷头总数的数据通道,该模块从单一数据通道接收所有喷头的数据,并进行拆包解析数据包标识,分发至各喷头的第一级缓存中。
打印主板控制器的命令解析和数据分发模块通过建立的命令通道,接收主机打印引擎程序传来的各种打印命令和打印参数的配置,对命令做出相应的动作。
打印主板控制器中的触发管理模块通过接受命令解析和数据分发模块中的各个喷头的触发延时参数,并监控外部位置触发信号,产生不同的开关信号给所述打印主板控制器中的各个喷头驱动模块。
打印主板控制器中的内存控制器对所管理的内存划分成与喷头个数相等的多个逻辑独立区域,各喷头待打印的数据分别放入各独立区域,对各区域的读写请求由所述内存控制器进行仲裁。读取数据的请求优先级总是高于写入数据的请求优先级,不同区域写入数据请求的仲裁采用轮盘赌优先级策略。
打印主板控制器中的喷头驱动模块循环等待触发管理模块产生该喷头的触发信号,根据各种喷头的驱动波形和时序约束,每次触发信号开启一次驱动喷头的打印控制信号。
本发明可以采用了通用的usb2.0作为物理链路层,选用CyPress公司的接口芯片68013来实现打印主板控制器的物理接口。该芯片最多可以配置成4个数据微通道,也可以配置成单独一个更大容量的数据通道。前者对应各喷头拥有独立数据微通道的情况,后者对应所有喷头共用一个数据通道的情况。
下面以共用一个数据通道的情况为例,说明使用单个打印主板控制器控制4个喷头的具体实施方法。
1.所有喷头共用一个数据通道的情况
参照图2,主机打印引擎程序提供用户的交互界面,用户设置各个喷头的位置以及喷头的相关参数,根据欲打印内容进行排版,之后开启打印主板控制器进入正常打印状态。
主机打印引擎程序为4个喷头实时产生动态的打印数据流。主机打印引擎程序与每个接口相连的打印主板控制器建立一个数据通道,在每个数据包的包头增加所属喷头的ID标记,该标记为局部标记,即指代打印主板控制器内部喷头的序号。参照图2,接口1中ID号为1的数据包属于打印主板控制器1所控制的1号喷头,接口2中ID号为1的数据包属于两个打印主板控制器2所控制的1号喷头,故数据包中标识只需1个字节,其余负载都是有效的打印数据。主机打印引擎程序循环等待直到数据通道空闲,根据各喷头实际消耗的数据量,将数据通道的带宽分配给各喷头的打印数据包。当喷头i(1=<i<5)的打印数据包发送完毕,将再次启动喷头i的生成打印数据流过程,直至所有喷头的设定打印总份数完成。
打印主板控制器的命令解析和数据分发模块对数据包包头进行解析,根据包的标识分发到喷头1,2,3,4中各自的第一级缓存FIFO1,FIFO2,FIFO3,FIFO4中。
主机打印引擎程序将用户设置的打印主板控制器内所有喷头的相对位置信息转化为触发延时的参数信息,并与每个相连的打印主板控制器建立一个命令通道。打印相关的命令和参数信息都通过命令通道传入打印主板控制器。打印主板控制器内部的命令解析和数据分发模块对命令解析后执行相应的动作。
打印主板控制器中的触发管理模块接收命令解析和数据分发模块中的各个喷头的触发延时参数,并监控外部位置触发信号。触发管理模块为各喷头设置独立的延时计数,产生非同步的触发信号给所述打印主板控制器中喷头1至喷头4的驱动模块。
在打印主板控制器内部实例化2个SDRAM读写控制器,用以管理4个喷头的打印数据。其中SDRAM读写控制器1管理喷头1、喷头3的打印数据,SDRAM读写控制器2管理喷头2、喷头4的打印数据。每个SDRAM读写控制器将内存划分成2个独立的逻辑区域,SDRAM读写控制器1对喷头1、喷头3数据区的读写进行仲裁,SDRAM读写控制器2对喷头2、喷头4数据区的读写进行仲裁。读取数据请求的优先级总是高于写数据请求的优先级,不同区域写数据请求的仲裁则采用轮盘赌优先级策略。SDRAM读写控制器1跟踪记录喷头1、3打印数据的读写地址,SDRAM读写控制器2跟踪记录喷头2、4打印数据的读写地址,使新到达各喷头的打印数据不至于覆盖尚未打印的旧数据。其中,SDRAM读写控制器1的写数据请求,来自打印主板控制器中第一级FIFO1、FIFO3的满信号。SDRAM读写控制器1的读数据请求,来自第二级FIFO1、FIFO3的半空信号。SDRAM读写控制器2的写数据请求,来自打印主板控制器中第一级FIFO2、FIFO4的满信号。SDRAM读写控制器2的读数据请求,来自第二级FIFO2、FIFO4的半空信号。
打印主板控制器中的喷头i(1=<i<5)驱动模块循环等待触发管理模块产生的喷头i触发信号。每次喷头i触发信号到达,并且第二级FIFOi不为空时,就从第二级FIFOi中读取打印数据。喷头i驱动模块根据喷头的驱动波形和时序约束,开启一次驱动喷头i的打印控制信号。
2.喷头拥有独立数据微通道的情况
参照图3,对于喷头拥有独立数据微通道的情况,不像前述的所有喷头共用一个数据通道的情况下主机打印引擎程序建立1个数据通道,而是建立4个数据微通道来传输各喷头的打印数据。主机打印引擎程序每次为喷头i(1=<i<5)启动生成新打印数据的过程后,通过通道i发送,并等待发送成功。由于各喷头有各自的数据微通道,所以主机打印引擎程序不再像前述前述所有喷头共用一个数据通道的情况下那样需要进行带宽分配,而是依靠各通道的阻塞情况自动调节各喷头的流量控制,进而主机打印引擎程序也无需为各数据包添加额外的数据包标识来达到区分各喷头的数据包的目的
打印主板控制器的命令解析和数据分发模块也不像前述所有喷头共用一个数据通道的情况下那样通过解析数据包包头的标识来区分各喷头数据包,而是通过微通道地址的选择来区分,进而分发到为喷头1,2,3,4分别设立的第一级缓存FIFO1,FIFO2,FIFO3,FIFO4中。至于其余步骤均与前述所有喷头共用一个数据通道的情况中的一致。
以上对本发明所采用的1个控制器控制4个喷头的方法做了详细的介绍。该方法同样适用于主机连接多个打印主板控制器,每个打印主板控制器控制多个喷头的情况,可以理解的是,本说明书只是用于帮助理解本发明的核心思想,同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式和应用范围上均会有所改变之处,也在本发明的权利要求书所申请的保护范围内。
Claims (8)
1.一种控制非同步多喷头协同打印的方法,其特征在于,该方法包括步骤:
主机打印引擎程序产生打印数据和控制信息,并分开传输给打印主板控制器;
打印数据通过打印主板控制器的数据通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,命令解析和数据分发模块将各喷头的打印数据分发至各喷头对应的第一级缓冲FIFO中,然后经SDRAM读写控制器的读写仲裁后保存于SDRAM读写控制器的独立数据区内,第二级缓冲FIFO作为各喷头将打印的数据从SDRAM读写控制器读出后的暂存处,由SDRAM读写控制器裁决读SDRAM操作后填充,第二级缓冲FIFO与各自的喷头驱动模块相连接,随着各喷头触发信号到达喷头驱动模块,各喷头驱动模块从相应的第二级缓冲FIFO中读出打印数据发送至喷头。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,命令和参数通过打印主板控制器的命令通道进入打印主板控制器中的命令解析和数据分发模块,随后命令解析和数据分发模块根据命令和参数执行相应动作,延时参数被分发至触发管理模块。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对于主机与打印控制器之间的单个接口内部有大于控制喷头总数的多个微数据通道时,命令解析和数据分发模块根据不同微数据通道的地址选择,接收数据后直接存入对应喷头的第一级缓存中,对于主机与打印控制器之间的单个接口内部有少于控制喷头总数的数据通道时,命令解析和数据分发模块从单一微数据通道接收所有喷头的数据,并进行拆包解析数据包标识,分发至各喷头的第一级缓存FIFO中。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述命令解析和数据分发模块通过建立的命令通道,接收主机打印引擎程序传来的各种打印命令和打印参数的配置,对命令做出相应的动作。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述打触发管理模块通过接受命令解析和数据分发模块中的各个喷头的触发延时参数,并监控外部位置触发信号,产生不同的开关信号给所述打印主板控制器中的各个喷头驱动模块。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,打印主板控制器中的SDRAM读写控制器对所管理的内存划分成与喷头个数相等的多个逻辑独立区域,各喷头待打印的数据分别放入各独立区域,对各区域的读写请求由所述内存控制器进行仲裁。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,读取数据的请求优先级总是高于写入数据的请求优先级,不同区域写入数据请求的仲裁采用轮盘赌优先级策略。
8.根据权利要求5所述的方法,特征在于,喷头驱动模块循环等待所述触发管理模块产生该喷头的触发信号,根据各种喷头的驱动波形和时序约束,每次触发信号开启一次驱动喷头的打印控制信号。
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