Устройство для считывания графической информации Советский патент 1985 года по МПК G06K11/06 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования и ввода в ЭВМ графической информации сложных форм и может быть использовано в качестве внешнего устройства основного комплекта универсальной ЭВМ, а также в различных специализированных системах автоматизированного проектирования.

Известно устройство для считывания графической информации, содержащее планшет, выполненный в виде двух систем взаимно перпендикулярных координатных шин, индукционно связанный с координатными шинами, съемник координат с усилителем индуцированных сигналов, коммутаторы координатных шин, связанные с распределителем импульсов, подключенным к генератору тактовых импульсов и через дешифратор операций - к счетчику операций, счетчики грубого и точного отсчетов, блок аналогового запоминания, связанный с ним блок аналогоцифрового преобразования, подключенный к блоку обратной интерполяции блок управления, генератор одиночных импульсов, вентили передачи кода и схемы И иИЛИ 1.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержашее планшет, выполненный в виде систем двух взаимноперпендикулярных шин, подключенных к соответствующим коммутаторам, входы, которых соединены с первым распределителем импульсов, входом соединенным с первым генератором импульсов, а выходами - с аналогоцифровым преобразователем, подключенным к блоку памяти, и с первым и вторым счетчиками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и аналогоцифровому преобразователю, а выход соединен с входом третьего счетчика, подключенного к распределителю импульсов, датчик импульсов, связанный с первым усилителем, вход которого подключен к выходу второго счетчика, второй усилитель, вход которого соединен со съемником координат, а выход подключен к входу элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, выход которого соединен с одними входами группы элементов И, другие входы которых подключены к второму счетчику, а выходы соединены с интерполятором, последовательно соединенные третий генератор импульсов, делитель напряжения, другой вход которого соединен с первым усилителем, и умножитель, другой вход которого подключен к второму усилителю, а выход соединен с блоком памяти, при этом входы интерполятора подключены к дешифратору и к элементу задержки, а выходы соединены с входами элемента ИЛИ и второго счетчика 2.

Недостатком известных устройств является невысокая точность, обусловленная погрещностями механического размещения большого количества координатных шин и

практической недостижимостью выполнения требования идентичности параметров электрических цепей опроса координатных шин импульсами тока (напряжения).

Цель изобретения - повышение точности считывания с одновременными упрощением изготовления планшета.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее планшет с взаимно ортогональными шинами, подключенными к выходам ключей первой группы, входы которых соединены с первым генератором импульсов и с первым дешифратором, подключенным к выходу счетчика и к входу распределителя импульсов, один выход которого соединен с аналогоцифровым преобразователем, усилители, входы которых подключены к выходу съемника координат, а выходы соединены с одними входами соответствуюших ключей второй группы, группу регистров, одни входы которых подключены к первому дешифратору, а выходы соединены с соответствующими дешифраторами группы, выходы которых являются выходами устройства, первую группу элементов И, выходы которых подключены к другим входам соответствующих ключей второй группы, первый сумматор, выход которого соединен с блоком памяти и с одними входами элементов И второй группы, третью группу элементов И, одни входы которых подключены к распределителю импульсов, а выходы соединены с другими входами аналогоцифрового преобразователя, подключенного к блоку памяти, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И второй группы, элемента задержки, подключенного к выходу соответствующего элемента И второй группы, и с аналогоцифровым преобразователем, а выход подключен к счетчику, четвертую группу элементов И входы которых соединены с выходами аналогоцифрового преобразователя, а выходы подключены к другим входам регистров, и инвертор, введены второй сумматор, входы которого подключены к выходам усилителей, второй дешифратор, входы которого соединены с выходами соответствующего усилителя и второго сумматора, а выходы подключены к другим входам элементов И первой группьг, селектор импульсов, входы которого соединены с выходами ключей второй группы, а выходы подключены к одному входу первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом инвертора, и к входу инвертора, шифратор, входы которого соединены с выходом второго дешифратора, а выходы подключены к другим входам элементов И второй и третьей групп, и формирователь сигналов начала отсчета, входы которого соединены с аналогоцифровым преобразователем, с первым и вторым дешифраторами, а выход является другим выходом устройства.

На фиг. 1 а, б приведена амплитуднопространственная характеристика (АПХ) измерительной системы устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Устройство содержит нланшет 1 с двумя взаимно ортогональными шинами 2 и 3, первая группа ключей 4 и 5: съемник 6 координат, содержащий две концентрические катушки, усилители 7 и 8, вторую группу ключей 9 и 10, первый сумматор 11, первый дешифратор 12, первая группа элементов 13 и 14 И, селектор 15 импульсов, инвертор 16, второй сумматор 17, блок 18 памяти, первый 19 и второй 20 генераторы импульсов, элемент 21 ИЛИ, счетчик 22, второй дешифратор 23, распределитель 24 импульсов, элемент 25 задержки, шифратор 26, вторая 27, 28 и третья 29, 30 группы элементов И, аналогоцифровой преобразователь 31, четвертая группа элементов И 32, регистры 33 и 34 группа дешифраторов 35 и 36, формирователь 37 сигналов начала отсчета, состоящий из узла 38 памяти, узел 39 выбора кодов и регистров 40 и 41.

На блок-схеме также показан интерполятор 42, содержаший генератор 43 импульсов, элемент 44 И, элемент 45 ИЛИ, счетчик 46, дешифратор 47, триггер 48, дешифратор 49, блок 50 вентилей, дешифратор 51, блок 52 вентилей, блок 53 выбора кодов, элемент 54 И, счетчик 55, распределитель 56 импульсов, элемент 57 И, счетчик 58, распределитель 59 импульсов, элементы 60 и 61 ИЛИ, распределитель 62 кодов, элемент 63 И, элемент 64 ИЛИ, схему 65 сдвига, элемент 66 ИЛИ, регистр 67, схему 68 сдвига, блок 69 выбора кодов, регистр 70, блок 71 вентилей переноса, сумматор 72, распределитель 73 кодов, регистры 74 и 75, блок 76 памяти.

Устройство работает следующим образом.

После установки съемника 6 координат в считываемую точку оператор запускает схему сигналом «Пуск. По этому сигналу генератор 20 одиночных импульсов через элемент 21 ИЛИ устанавливает счетчик 22 в состояние, соответствующее выполнению первой операции перед началом работы схемы все запоминающие элементы были установлены в нулевое состояние). При этом первый выход дешифратора 12 открывает ключ 4 и разрешает прохождение токового импульса с генератора 19, который возбуждает координатную шину 2, чем индуктируется сигнал в обеих катушках съемника 6 координат.

Так как в исходном состоянии при отсутствии сигнала со съемника 6 координат ключи 9 и 10 находятся в закрытом состоянии, то сигналы с выхода усилителей 7 и 8 поступают на вход сумматора 17, решающего задачу вычитания аналоговых сигналов, с выхода которого разность этих сигналов поступает на один из входов дешифратора 23, на второй вход которого поступает сигнал с катушки меньшего радиуса

съемника 6 координат. Дешифратор имеет четыре выхода в зависимости от комбинации двух сигналов на входе. Сигналы же могут иметь как положительную, так и отрицательную полярность. Четыре различных комбинации входных сигналов соответствуют положению съемника 6 координат в четырех различных зонах планшета 1. Эти зоны обозначены номерами I-IV на фиг. 1 (б). В зонах I и IV рабочими участками АПХ являются части характеристик меньшей катушки съемника 6 координат, т.е. если сигнал с меньшей катушки и сигнал разности одной полярности, то открывается ключ 10 через элемент 13 И, если же эти сигналы имеют разные знаки, то через элемент 14 И открывается ключ 9. Ниже приведена таблица состояния дешифратора 23.

20

25

30

Далее, пройдя один из ключей 9 или 10, сигнал поступает на селектор 15 импульсов по полярности, причем положительные сигналы с первого выхода селектора поступают непосредственно на сумматор 11, а отрицательные сигналы, поступающие со второго выхода селектора 15, перед поступлением на сумматор 11 инвертируется инвертором 16. С выхода сумматора 17 сигнал поступает для запоминания в блок 18 памяти, а также на вход элементов 28 и 27 И. Прохождением импульса через эти схемы управляет шифратор 26, имеющий следующую таблицу состояний

50

55

++

Это означает следующее: при разрешающем потенциале на первом выходе шифратора 26 измерения будут осуществляться на возрастающих участках характеристики, в зонах I или III, а при разрешающем потенциале на втором выходе шифратора 26 - на ниспадающих участках II и IV. В первом случае сигнал с выхода сумматора 11, пройдя через открытый первым выходом шифратор 26 элемент 28 И, установит через элемент 21 ИЛИ счетчик 22 в новое состояние, при этом третий выход дешифратора 12 определяет наличие импульсов на первом выходе распределителя 24. Эти импульсы, пройдя открытый элемент 29 И, поступят на суммирующий вход АЦП 31, при этом будет формироваться возрастающее пилообразное напряжение.

Во втором случае сигнал с выхода сумматора 11, пройдя открытый вторым выходом шифратора 26 элемент 27 И и элемент 21 ИЛИ, установит счетчик 22 в состояние, при котором появляются импульсы на первом выходе распределителя 24. Эти импульсы, пройдя открытый элемент 30 И, поступят на второй вход аналогоцифрового преобразователя 31 и установят его в положение, соответствующее начальному максимальному напряжению. Этот же сигнал с выхода сумматора 11 через задержку, обусловленную наличием элемента 25 задержки, посредством элемента 21 ИЛИ, счетчика 22 и дешифратора 12 переключит распределитель 24 таким образом, что импульсы появятся на втором выходе распределителя 24 и поступят на вычитающий выход аналогоцифрового преобразователя 31, формируется убывающее пилообразное напряжение, с которым сравнивается сигнал со съемника 6 координат, запомненный в блоке 18, при работе устройства на участках II и

IVАПХ.

В момент сравнения измеряемого сигнала с эталонным напряжением АЦП 31 сигнал с его выхода через элемент 21 ИЛИ переключит счетчик 22 в состояние, прекращающее поступление импульсов с распределителя 24 и подготавливающее устройство к измерению координаты У, которое происходит аналогичным образом. Этот же сигнал обеспечит запись кода, полученного на информационном выходе АЦП 31 (измеренной координаты X) через элементы 32 И в регистр 33 (а при измерении координаты

Vв регистр 34).

Так как рабочие участки АПХ нелинейны и неодинаковы для всего поля планшета, а кроме того изменяются с изменением положения съемника вдоль проводника с током, то определение истинного расстояния от начала координаты планшета до съемника координат осуществляется в интерполяторе 42 методом обратной сплайн-интерполяции, который может обеспечить любую заданную точность при неизменном алгоритме вычислений. Точность определяется количеством узловых точек, в которых известны значения АПХ. В соответствии с количеством зон, на которые условно разбит планшет 1 в блоке 76 памяти, хранятся описания (значения узловых точек соответствующего количества АПХ измерительной системы) . А поскольку начало измерения координат различно для разных участков измерения, то в узле 38 памяти формирователя 37

хранятся коды соответствующих начал координат (Хо, или УО).

Последовательность выполнения операций вычисления задается счетчиком 46 и дешифрат-ором 47 интерполятора 42. Счетчик 46 устанавливается в положение, соответствующее выполнению первой операции вторым сигналом с выхода АГДП 31. Дешифратор 47 через элемент 57 И разрешает прохождение импульсов с генератора 43 на счетчик 58 импульсов и распределитель 59,

выполняется первая операция типа сложения. Счетчик 58 задает цикл сложения, состоящий из пяти тактов. При этом пятый импульс с выхода счетчика 58, поступая через элемент 45 ИЛИ на вход счетчика 46 операций, устанавливает его в следующее состояние, запрещающее поступление импульсов генератора 43 на счетчик 58, который при этом устанавливается в начальное состояние.

Во Бремя выполнения тактов операции

типа сложение по первому сигналу с выхода распределителя 59 импульсов осуществляется с ломощью блока 53 (через элемент 60 ИЛИ) выбор из блока 76 памяти по адресу, определяемому дешифратором 49 (или 51) соответствующего числа, так как

на вход дешифратора 49 (или 51) подсоединены дешифраторы 35 (36) участков измерения, а также дешифратор 23, который дешифрует зону измерения (при вычислении координаты X по записанной в регистре 34

измеренной координате У, а при вычислении координаты У по содержимому регистра 33 с координатой X), то число выбирается в соответствии с участком и зоной измерения, а также в нужной последовательности задаваемой счетчиком 58. По второму сигналу с выхода распределителя 59 осуществляется запись этого чисЛа в сумматор 72. Адрес записи определяется состоянием дешифратора 47 операций.

Третий и четвертый сигналы аналогично первому и второму осуществляют выбор из памяти второго числа, запись его в регистр 70 и передачу его через блок 71 вентилей в сумматор 72. Полученный при этом результат пятым сигналом через элемент 66 ИЛИ с помощью распределителя 73 кодов, управляемого дешифратором 47, записывается в регистр 67. Операция сложения на этом заканчивается, счетчик 46 устанавливается в следующее состояние, при котором

появляется разрешающий сигнал на одном из выходов второй группы выходов (выходов, разрешающих выполнение команд умножения) дешифратора 47.

.Сигналы генератора 43 через элемент 54 И поступают при этом на вход счетчика 55 команд умножения, который управляет распределителем 56 импульсов. Следующая операция выполняется за две команды умножения. Первым импульсом распределителя 56 импульсов осуществляется выбор из регистра 67 с помощью элемента 60 ИЛИ и блока 69 выбора кодов записанного там числа. Вторым сигналом осуществляется запись его в регистр 74 множимого и регистр 70 множителя через элемент 61 ИЛИ и распределитель кодов 62. Регистр 70 и сумматор 72 имеют схемы 65 и 68 сдвига вправо. Последовательность работы схемы далее определяется состоянием младшего разряда на выходе регистра 74. Если в нем записана «1, то к сумме частичных произведений, находящихся в сумматоре 72, сигналом с третьего выхода распределителя 56 через схему 63 И и 64 ИЛИ добавляется множимое, т.е. из регистра 70 через блок 71 вентилей переносится на сумматор 72 множимое. Далее импульсом с четвертого выхода распределителя 56 производится сдвиг вправо в сумматоре 72 и регистре 74. Если же в младшем разряде регистра 74 записан «О, то производится сдвиг без выполнения сложения.

Последний импульс с выхода счетчика

55 переключает счетчик 46 в следующее состояние и через элемент 66 ИЛИ записывает промежуточный результат в регистр 67. Во время следующих операций аналогичным образом выполняется умножение и сложение.

Последовательность выполнения операций и их количество определяется счетчиком 46. Семнадцатый импульс счетчика 46 (так как всего операций шестнадцать) устанавливает счетчик 46 в начальное состояние, подготовив тем самым устройство для вычисления координаты У числа. Результат вычисления последней операции записывается в регистр 75 и представляет собой координату X местоположения центра съемника относительно начала координат планшета. Введение новых узлов и блоков, а также новых конструктивных связей между ними позволит повысить точность устройства при значительном упрощении конструкции планшета.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с взаимно ортогональными шинами, подключенными к выходам ключей первой группы, входы которых соединены с первым генератором импульсов и с первым дешифратором, подключенным к выходу счетчика и к входу распределителя импульсов, один выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, усилители, входы которых подключены к выходу съемника координат, а выходы соединены с одними входами соответствующих ключей второй группы, группу регистров, одни входы которых подключены к первому дешифратору, а выходы соединены с соответствующими дешифраторами группы, выходы которых являются выходами устройства, первую группу элементов И, выходы которых подключены к другим входам соответствующих ключей второй группы, первый сумматор, выход которого соединен с блоком памяти и с одними входами элементов И второй группы, третью группу элементов И, одни входы которых подключены к распределителю импульсов, а выходы соединены с другими входами аналого-цифрового преобразователя, подключенного к блоку памяти, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И второй группы, элемента задержки, подключенного к выходу соответствующего элемента И второй группы, и с аналого-цифровым преобразователем, а выход подключен к счетчику, четвертую группу элементов И, входы которых соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, а выходы подключены к другим входам регистров, и инвертор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит второй сумВ матор, входы которого подключены к выхо(Л дам усилителей, второй дешифратор, входы которого соединены с выходами соответствующего усилителя и второго сумматора, а выходы подключены к другим входам элементов И первой группы, селектор импульсов, входы которого соединены с выходами ключей второй группы, а выходы подключены к одному входу первого сумматора, другой 05 вход которого соединен с выходом инвертора, и к входу инвертора, шифратор, вхоN ды которого соединены с выходом второго дешифратора, а выходы подключены к друсд гим входам элементов И второй и третьей Nj групп и формирователь сигналов начала отсчета, входы которого соединены с аналогоцифровым преобразователем, с первым и вторым дешифраторами, а выход является другим выходом устройства.

FJ

кш

УО