Устройство для считывания графической информации Советский патент 1987 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в электронные вычислительные машины.

Цель изобретения - упрощение устройства .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие ei o работу.

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, первый 2 и второй 3 делители частоты, резонансный усилитель 4, планшет 5, съемник 6 координат, элемент 7 задержки, первый 8 и второй 9 блоки преобразования сигналов. Каждый блок преобразования сигналов содержит преобразователь 10 модуляции, усилитель-ограничитель 11, фазовый детектор 12, первый и второй коь параторы 13 и 14, первый и второй синхронизаторы 15 и 16,элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18, преобразователь 19 код - напрЯ5 сение сумматор 20 напряжения и источник 21 опорного напряжения 21.

Резонансный усилитель предназначен для выделения первой гармонической составляющей выходного напряжения делителя 3, усиления ее по мощности и для питания возбуждающей катушки съемника координат. Планшет изготовлен из изоляционного материала, на поверхности которого вьфеза- ны пазы с определенным шагом.Для рпределения горизонтальной координа- Vы съемника координат 1спользуются две г руппы прямоугольных петлевых обмоток, сдвинутых друг относительно друга на 1/2 ширины элементарной петлевой обмотки и уложеньпс в пазы. Перпендикулярно к первым уложены другие две группы прямоугольных петлевых обмоток.

Съемник координат предназначен для возбуждения координатных шин. Он имеет форму карандаша, на оконеч ник которого намотана возбуждающая катушка. Элемент задержки служит для задержки сигнала сброса до начала периода выходного напряжения делителя 3 частоты . Блоки 8 и 9 преобразования сигналов предназначены для формирования дискретных, пропорциональных целому числу шагов квантования, и кусочно-аналоговых, пропорциональных положению съемника координат внутри шага квантования , сиг налов.

а также для формирования абсолютных аналоговых сигналов перемещения съемника координат 10 соответствующим координатам. Преобразователь модуляции служит для преобразования двух сигналов частоты f, модулированных

0

5

0

о

по законам соответственно синуса и косинусов,, в один сигнал, модулированный по фазе в зависимости от положения съемника координат. Усилитель- ограничитель предназначен для усиления синусоидал1ного сиг нала,поступающего на его вуод с выхода преобразователя модуляции, и преобразования его в прямоугольный сигнал с амплитудой, стабили зированной на уровне oi- раничения. Фазовый детектор служит для преобразования фазовой модуляции в широтно-импульсную, т.е. для преобразования изменения разницы фаз напряжений, поступающих на входы фазового детектора в периодическое прямолинейное изменение длительности

5 импульсов биполярного прямоугольног О напряжения. Фазовый детектор также содержит фильтр пульсаций, предназначенный для выделения постоянной составляющей, присутствующей на его вы0 ходе. При равномерном перемещении съемника постоянная составляющая выходного напряжения фазового детектора носит пилообразный характер (фиг. 2 а) с периодом повторения пи5 лы, равным 2 IT /эл. град, или двойному шагу петли обмотки планшета, т.е. 2L. Компаратор 13 предназначен для формирования коротких импульсов, когда выходной сигнал фазового детектора нулевого уровня при перемещении вперед по соответствующей координате. Компаратор 14 служит для формирования коротких импульсов,когда выходное напряжение фазового детектора достигает опорного уровня при перемещении назад. Синхронизаторы 15 и 16 предназначены для задержки выходных импульсов компараторов до ближайших отрицательных выходных импульсов генератора высокой частоты. Синхронизаторы 15 и 16 исключают возможность совпадения во времени выходных импульсов делителя 2 частоты и компараторов 13 и 14, поступающих на входы реверсивного цифрового счетчика. Максимальное время задержки выходных импульсов компараторов 13 и 14 равно периоду повторения импульсов генератора 1 высокой часто5

О

5

313306Д6

ты, т.е. t, Т, 1/f, . Элемент ИЛИ предназначен для логического суммирования импульсов с выхода делителя 2 частоты и с выхода синхрони затора 15. Реверсивный цифровой счет чик работает в режиме деления часто10 и

ты fj с коэффи1щентом деления п и служит для вырабатывания опорного напряжения для фазового детектора.Фаза tf выходного напряжения реверсивного счетчика относительно фазы напряжения на выходе делителя 3 частоты зависит от числа дополнительных импульсов, поступающих на входы реверсивного счетчика, т.е. cf (i,j) -21Г (i-j)/n, где i - число импульсов, поступивших от компаратора 13 через синхронизатор 16, а j - число импульсов, поступивших от компаратора 14 через синхронизатор 15 и элемент ИЛИ 17 на входы соответственно обратного и прямого счета реверсивного счетчика 18. Коэффициент п принимается равным необходимому числу аналоговых кусков в интервале 2L, а коэффициент К делителя 2 частоты выбирается таким, чтобы динамическая ошибка, получаемая из-за задержки выходных импульсов компараторов 13 и 14 была в допустимых пределах. Выходное напряжение фазового детектора при изменении перемещения, например, по оси X съемника в интервале 2L может быть описано линейной зависимостью

и (x,i,j) 2U (-

2L

где

U - амплитудное значение выходного напряжения фазового детектора .

Характеристики преобразования и (x,i,j) при различных значениях (i,j) представлены на фиг. 2 а.Основная характеристика U (х,0,0) показана сплошной, а другие - пунктирными линиями. Кусочно-аналоговая характеристика преобразования формируется из отрезков отдельных характеристик, как это показано на фиг. 2 а. Преобразователь код - напряжение предназначен для преобразования выходных сигналов компараторов 13 и 14,поступающих на его входы в виде унитарного кода, в аналоговьй ступенчатый сигнал, причем величина ступеньки принимается равной амплитуде кусочно- аналогового сигнала, т.е. .Таким образом, выходное напряжение и преобразователя код - напряжение может быть выражено так:

2и„

и.

гуп

(i-j),

где i,j 0,1,2,... - числа импульсов, поступивших соответственно с выходов компараторов 13 и 14 на первый и второй входы преобразователя код - напряжение. Сумматор напряжения служит для суммирования сигналов. поступаюш 1х от фазового детектора, преобразователя код - напряжение и источника опорного напряжения, т.е.

25

- on

30

значит,что выходное аналог-овсе напряжение канала преобразования сигналов по соответствующей координате прямо пропорционально перемещению

( съемника координат по этой координате. Источник опорного напряжения предназначен для вырабатывания стабильного регулируемого опорного напряжения для установки начала отсчета

40 соответствующей координаты.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени съемник координат находится в окрестнос с ти начала координат и проекция его положения на ось абсцисс X имеет значение х (фиг. 2 а). При помощи сигнала сброса реверсивный счетчик и преобразователь код - напряжение

cQ устанавливаются в исходное состояние. Вследствие этого фазовый сдвиг между выходными напряжениями делителя частоты и реверсивног О счетчика становится равным нулю. При этом посс лагается, что . Пусть теперь съемник координат, начиная с точки X ,, движется вперед. В этом случае напряжение на выходе фазового детектора меняется согласно выражению

и (х,0,0) 21 (i-- )

2L

X/L.

В какой-то момент времени выходное напряжение фазового детектора достигает нулевого уровня и первый компаратор вырабатывает импульс (i 1), соответствующий положению X О (фиг. 2 а,б). Импульс с выхода первого компаратора через второй синхронизатор поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика, выходное напряжение которого при этом получает скачкообразный фазовый сдвиг, равный ср (1,0) -2 (1-0)/п , а выходное напряжение фазового детектора скачком достигает значения

П306666

вог о напряжения. При поступлении второго импульса на первый вход преобразователя код - напряжение его выходное напряжение увеличивается enie 5 на одну ступеньку, т.е. становится

равным величине 2 (). Дальнейшее преобразование перемещения съемника координат в аналоговое напряжение проходит по выражению

fO

и (х) 2

li -4

5 где 2L/n t X i 2 (2L/n), и т.д.

Пусть в какой-то момент времени, когда съемник координат находится в точке б, проекция которой на ось X имеет значение Xg, а i 7,он

20 меняет направление перемещения и начинает двигаться назад, т.е. в сторону уменьшения координаты X. При этом аналоговое напряжение на выходе сумматора напряжений, меняясь согласно зависимости

и (Cf, 1,0) .

Кроме того, этот же импульс поступает и на первый вход преобразователя код - напряжение, выходное напря- жение которого при этом возрастает на одну ступеньку.Таким образом, если считать, что напряжение на выходе источника опорного напряжения отсутствует, пря X О алгебраичес- кая сумма кусочно-аналог-ового и выходного напряжений преобразователя код - напряжение равна нулю. При далнейшем перемещении кусочно-аналоговое напряжение меняется согласно вьфажению

и (х,1,0) 2и„ ( -),

а на выходе сумматора напряжении

+ 2Ь (

2L

--1) п

где О X ё 2L/n.

При перемещении, равном х 2L/n

выходное напряжение фазового детектора опять достигает нулевого значения . Первый компаратор вырабатывает

45 реверсивного счетчика (фиг. 2 а,в). Вследствие этого выходное напряжение реверсивного счетчика получает фазовый СДВИГ , равный if (7,1) -. iT (7-1)/п -12 iT/n, а выходное

второй короткий импульс (), со- ° напряжение преобразователя код - нап- ответствующий аналоговому куску пере- ряжение уменьшается на величину,рав- мещения (фиг. 2 а,б). Ую одной ступеньке, т.е. U,

При эт-ом фаза опорного напряжения скачком принимает значение ер (2,0) -2 Т (2-0)/п -4 l./п, а выходное напряжение фазовог о детектора - значение и (2L/nO 2,0) , т.е. амплитудное значение кусочно-аналог оную одной ступеньке, т.е. -сгао 2U(7-1)/n 6 (). При дальнейшем перемещении назад выходное 5-5 напряжение сумматора напряжений меняется согласно выражению

и (х) 6

2Ur

+ 2U,

(- --)

rt т/

2L п

равным величине 2 (). Дальнейшее преобразование перемещения съемника координат в аналоговое напряжение проходит по выражению

fO

и (х) 2

li -4

где 2L/n t X i 2 (2L/n), и т.д.

Пусть в какой-то момент времени, когда съемник координат находится в точке б, проекция которой на ось X имеет значение Xg, а i 7,он

меняет направление перемещения и начинает двигаться назад, т.е. в сторону уменьшения координаты X. При этом аналоговое напряжение на выходе сумматора напряжений, меняясь согласно зависимости

и (х) 7- +

2U.

(- --) 2L п

L

1 X,

где 7 (2L/n) х 8 (2L/n),B какой- то момент времени достигает значение порога срабатывания Up второго ком- паратора. Напряжение U выбирается

П

больше значения амплитуды кусочно- аналогового напряжения на величину &и, которая необходима для нормальной работы устройства. Второй компаратор вырабатывает короткий импульс (J 1), который поступает на второй вход преобразователя код - напряжение и через первый синхронизатор и элемент НШ - на вход прямого счета

реверсивного счетчика (фиг. 2 а,в). Вследствие этого выходное напряжение реверсивного счетчика получает фазовый СДВИГ , равный if (7,1) -. iT (7-1)/п -12 iT/n, а выходное

° напряжение преобразователя код - нап- ряжение уменьшается на величину,рав- Ую одной ступеньке, т.е. U,

ную одной ступеньке, т.е. -сгао 2U(7-1)/n 6 (). При дальнейшем перемещении назад выходное 5-5 напряжение сумматора напряжений меняется согласно выражению

(х) 6

2Ur

+ 2U,

(- --)

rt т/

2L п

L

X,

где 6 (2L/n) i X 7 (2L/n) и т.д.

Преобразование пере мещения съемника координат по координате ординат происходит аналогично описанному При необходимости в качестве выходных сигналов устройства отдельно могут быть использованы дискретные сигналы с выходов первого и второго компараторов и кусочно-аналоговый сигнал с выхода фазового детектора по соответствующим координатам.

Формула изобретения

Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет, вытюлненный в виде двух систем ортогональных координатных шин,съемник координат, первый и второй блоки преобразования сигналов, содержащие первый и второй компараторы,реверсивный счетчик, преобразователь код - напряжение, источник опорного напряжения и сумматор напряжений, отличающееся тем,что, с целью упрощения устройства, оно содержит генератор высокой частоты, первый и второй делители частоты,резонансный усилитель и элемент задержки, а блок преобразования сигнала содержит преобразователь модуляции, усилитель-ограничитель,.фазовый детектор, первый и второй синхронизаторы и элемент ИЛИ, выход генератора высокой частоты соединен с входом

первого делителя частоты и с первыми входами первого и второгосинхронизатоpOFi; выход первого делителя частоты соединен с входом второго делителя частоты и с первым входом элемента ИЛИ,

вькод второго делителя частоты соединен с входом резонансного усилителя и с первым входом элемента задержки, второй вход которого является входом Сброс устройства, выход резонансного усилителя соединен со съемником координат, выход элемента задержки соединен с входами сброса реверсивного счетчика и преобразователя код - напряжение, выход которого соединен

с первым входом .сумматора напряжений, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход является выходом устройства, выход фазового детектора соединен

с третьим входом сумматора напряжений и с входами первого и второго компараторов, выходы которых соединены с вторыми входами первого и второго синхронизаторов и с вторым и

третьим входами преобразователя код - напряжение, выход первого синхронизатора соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с прямьм входом реверсивного счетчика, выход второго синхронизатора соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с вькодом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с выходом преобразователя модуляции,первый и второй входы которого соединены с одними концами системы координатньк

шин, другие концы которых соединены с общей шиной устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и мо- жрт быть использовано для ввода графической информации в ЭВМ. Цель изобретения - упрощение устройства.Это достигается введением генератора ВЧ 1, делителей частоты 2,3 резонансного усилителя 4, элемента задержки 7, преобразователя модуляции 10, резонансного усилителя 11, фазового детектора 12, синхронизаторов 15, 16 и элемента ИЛИ 17, что позволяет за счет применения цифровой схемы управления фазой опорного напряжения получить линейную характеристику Выходного сигнала. 2 ил. О) 1/л 00 OJ о О5 4ib Ot) . Фиг.

Редактор М.Келемеш

Составитель А.Глотов

Техред Л.Сердюкова КорректфрГ.Решетник

Заказ 3584/51Тираж 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4