Устройство для считывания графической информации Советский патент 1991 года по МПК G06K11/06 

(21)4677732/24

(22)11.04.89

(46) 15.03.91. Бюл. № 10

(71)Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко

(72)В.Г.Хациревич и А.М.Мухарский

(53)681.327:12 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР 1372343, кл. G 06 К 11/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1506450, кл. G 06 К 11/06, 1987.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

(57)Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и

может найти применение в системах автоматизированного проектирования, а также в автоматизированных обучающих системах в качестве устройства ввода в ЭВМ координат рукописной графической информации в процессе ее написания (рисования). Цель изобретения - повышение точности устройства. Это достигается путем замены линейного амплитудного квантования поддиапазон- ных приращений сигнала считывания на нелинейное квантование, что обеспечивается введением мультиплексоров, блоков памяти группы, элементов И группы, первого и второго дешифраторов, первого и второго элемента И и второго счетчика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

с

&

(Л

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройству для считывания графической информации.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема бпока формирования координат точного отсчета.

Устройство (фиг.1) содержит планшет 1 с координатными шинами 2, подключенными через резисторы 3 к источнику 4 питания, блок 5 формирования кода грубого отсчета, включающий ключи 6, дешифратор 7, счетчик 8, усилитель-формирователь 9, амплитудный дискриминатор 10, одновибраторы 11 /

и 12, элемент И 13, триггер 14 фазы и элемент НЕ 15, усилитель-формирователь 16, съемник 17 координат, блок 18 формирования кода промежуточного отсчета, включающий усилители 19, пороговые элементы 20, элементы И-НЕ 21, триггеры 22 и преобразователь 23 кода, блок 24 формирования кода точного отсчета (фиг. 2), включающий блок 25 памяти, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 26, первый 27 и второй 28 усилители, компаратор 29, второй ЦАП 30, первый элемент И 31, первый счетчик 32, мультиплексоры 33, первый дешифратор 34, группу блоков 35 памяти, элементы И 36 группы, второй элемент

И 37, второй счетчик 38 и второй дешифратор 39, блок 40 управления, включающий первый одновибратор 41, первый элемент И 42, счетчик 43, дешифратор 44, второй элемент И 45, третий элемент И 46, элемент НЕ 47, четвертый элемент И 48, второй 49 и третий 50 одновибраторы, блок 51 временной дискретизации, включающий датчик 52 сигналов, формирователь 53 сигналов, первый одновибратор 54, первый элемент И 55, второй одновибратор 56, второй элемент И 57, третий одновибратор 58, дешифратор 59, счетчик 60, четвертый оцновибратор 61, третий элемент И 62, пятый одновибратор 63, шестой одно- вибратор 64 и генератор 65 импульсов, Устройство работает следующим образом.

При замыкании контактов датчика 52 на выходе формирователя 53 появляется разрешающий потенциал, открывающий элемент И 55 по его первому входу. Перепад выходного напряжения формирователя 53 с нулевого уровня на высокий запускает первый 54 и второй 56 одновибраторы. Кратковременный запрещающий (отрицательный) потенциал с выхода одновибратора 54 закрывает элемент И 57 по его первому входу в результате этого импульсы на выходе элементов И 55 и 57 отсутствуют. Время регенеративного процесса первого одновибратора 54 выбрано значительно большим времени регенеративного процесса второго одновибратора 56, а время регенеративного процесса четвертого одновибратора 61 выбрано меньшим времени регенеративного процесса второго одновибратора 56. Благодаря такому соотношению времен регенерации одновибраторов 54, 56 и 61 достигается то, что в промежутке времени, в течение которого на выходе одновибратора 54 существует отрицательный потенциал, одновибраторы 56 и 61 формируют короткий импульс с общего сброса. Этот импульс с выхода одно- вибратора 61 поступает на первый вход элемента И 62 и далее как на вход установки нулевого состояния счетчика 60, так и на установочные входы триггеров схемы. После установки триггеров схемы в исходное состояние выходным импульсом элемента И 62 отрицательный потенциал с выхода одновибратора 54 еще существует некоторое время. После сброса счетчика 60 в ну

5

0

5

0

5

0

5

0

5

левое состояние на выходе дешифратора 59 возникает разрешающий (положительный) потенциал. Особенностью дешифратора 59 является то, что он дешифрирует лишь одно число (константу) , находящееся в счетчике 60. Выходной положительный потенциал дешифратора 59 открывает элемент И 55 по его третьему входу. По окончании регенеративного процесса в одновибра- торе 54 низкий потенциал на его выходе исчезает, в результате этого элемент И 55 открывается по его второму входу. Наличие разрешающих (высоких) уровней на первом, втором и третьем входах элемента И 55 обеспечивает прохождение импульсов .от генератора 65 импульсов на выход этого элемента.

С момента открытия элемента И 55 после общего сброса триггеров схемы в исходное состояние начинается первый цикл работы устройства - формирование кода грубого отсчета координаты X. При формировании этого кода импульсы с выхода элемента И 55 поступают на вторые входы элементов И 46 и 45 блока 40. Однако входные импульсы проходят лишь на выход элемента И 45, поскольку на первом входе этого элемента присутствует разрешающий (высокий) потенциал с третьего выхода дешифратора 44. Этот потенциал обусловлен нулевым состоянием счетчика 43. Импульсы с выхода элемента И 45 поступают на первый выход блока 40 и далее на счетный вход счетчика 8 блока 5. Импульсы с выхода элемента И 55 поступают также на вход одновибратора 50 блока 40. С помощью одновибратора 49 по заднему фронту выходного импульса одновибратора 50 формируется короткий отрицательный импульс ОПРОС. Этот импульс с выхода одновибратора 49 поступает на второй вход элемента И 48. На первом входе этого элемента присутствует высокий потенциал с выхода элемента НЕ 47, так как на его входе присутствует низкий потенциал с первого выхода дешифратора 44.

Выходной импульс элемента И 48 поступает на стробируемый вход дешифратора 7 блока 5. При поступлении счетных импульсов в счетчик и импульсов ОПРОС через стробируемый вход в дешифратор 7 с помощью ключей 6 опроса осуществляется последовательный во времени и пространстве

опрос координатных шин по оси X. Одновременно импульсы ОПРОС поступают на вход элемента НЕ 15. Сигнал ОПРОС выполняет функцию опорного сигнала для фазо-импульсной селекции сигнала считывания по его отрицательному полупериоду. С каждым очередным опросо координатной шины на выходе усилителя 16 считывания появляется двуполяр ный сигнал считывания, который поступает на вход усилителя-формирователя 9 и далее на амплитудный дискриминатор 10. Задачей элементов 9 и 10 является формирование из отрицательног полупериода сигнала считывания отрицательного прямоугольного импульса, длительность которого определена длительностью основания отрицательного полупериода сигнала считывания. Прямоугольный выходной импульс дискриминатора 10 поступает на вход одновиб- ратора 11, который совместно с одно- вибратором 12 формирует короткий положительный импульс СТРОБ. Этот им- пульс благодаря этим одновибраторам становится сдвинутым во времени относительно переднего фронта отрицательного полупериода сигнала считывания. Это необходимо для более на- дежной фазовой селекции сигнала считывания по его отрицательному полупериоду. Процесс опроса координатных шин и одновременное формирование кода грубого отсчета в счетчике 8 продол- жаются до тех пор, пока опрашиваемая координатная шина не окажется слева от катушки индуктивности съемника 17 координат. Когда идет опрос координатных шин, находящихся от съемника 17 справа, импульсы с выхода одновибратора 12 поступают на третий вход элемента И 13, но на выход этого элемента не проходят, так как момент его поступления сов- падает с моментом отсутствия высокого потенциала сигнала ОПРОС с выхода элемента НЕ 15, т.е. сигнал ОПРОС и сигнал СТРОБ не совпадают во времени. Сигнал СТРОБ появляется позднее, чем сигнал ОПРОС. Как только опрашиваемая координатная шина оказывается слева от катушки индуктивности съемника 17 коорцинат, сигнал считывания на выходе усилителя 16 меняет фазу на 1801.

После переворота фазы сигнала считывания процесс формирования сигнала СТРОБ происходит аналогично тому,

20

JQ JS 25 30 jj 40 45 50 55

как это происходило при опросе шин, лежащих справа от катушки индуктивности съемника 17 координат. Однако в случае, когда опрашиваемая координатная шина находится слева от катушки съемника 17 и сигнал считывания претерпел переворот фазы, момент появления отрицательного полупериода сигнала считывания стал практически совпадать с моментом возникновения сигнала ОПРОС. В результате этого выходной положительный импульс одновибратора 12 начинает совпадать во времени с моментом существования разрешающего (высокого) потенциала с .выхода элемента НЕ 15.

Кратковременное совпадение двух высоких потенциалов на первом и втором входах элемента И 13 вызывает появление кратковременного положительного импульса на выходе этого элемента, т.е. в этом случае сигнал СТРОБ совпадает во времени с опорным сигналом ОПРОС. О факте совпадения свидетельствует наличие короткого положительного импульса на выходе элемента И 13. Таким образом, когда опрашиваемая координатная шина находится справа от катушки съемника 17 координат, выходной сигнал СТРОБ с выхода одновибратора 12 не совпадает во времени с появлением положительного потенциала опорного сигнала с выхода элемента НЕ 15, а как только опрашиваемая координатная шина оказывается слева от катушки съемника 17 координат, это совпадение имеет место. Положительный импульс с выхода элемента И 13 поступает на единичный установочный вход триггера 14 и устанавливает этот триггер в единичное состояние. Выходной импульс элемента И 13 поступает также на первый вход первого элемента И 42 и далее на счетный вход первого счетчика 43.

Вследствие этого счетчик 43 переключается с операции формирования кода грубого отсчета на операцию формирования кода точного отсчета. При этом на третьем выходе дешифратора 44 появляется запрещающий потенциал, а на втором выходе дешифратора 44 - разрешающий потенциал. Запрещающий (отрицательный) потенциал третьего выхода дешифратора 44 закрывает элемент И 45 начала-конца формирования кода грубого отсчета.

,-

В результате этого поступление импульсов с выхода элемента И 45 на счетный вход счетчика 8 прекращает- ся, код информационных выходов счет- чика 8 определяет координату местоположения (в шагах укладки координатных шин) проекции геометрического центра индукционной катушки съемника 17 координат на плоскость план- шета относительно его начала координат по оси X.

Разрешающий потенциал второго выхода дешифратора 44 открывает элемент И 46 по первому входу. Благодаря это- му элемент И 46 становится подготовленным для прохождения импульсов с выхода элемента И 55 через второй вхо элемента И 46 на первый вход элемента И 37 и с выхода элемента И 37 на счетный вход счетчика 38 и на первые входы элементов И 36.

Формирование кода точного отсчета происходит и два этапа: на первом этапе формируется код старших разрядов полного кода точного отсчета, на втором - код младших разрядов полног кода точного отсчета координаты.

Код старших разрядов фиксируется на триггерах триггерной группы 22, а код младших разрядов формируется на счетчике 32. Код старших разрядов формируется путем параллельной цифровой обработки положительной полувол- ны (полупериода) сигнала считывания а код младших разрядов - путем последовательной обработки определенной части амплитуды этого полупериода. Код старших разрядов формируется в блоке 18, а код младших разрядов - в блоке 24. С переходом триггера 144 в единичное состояние эти оба блока становятся подготовленными к формированию соответствующих кодов полног кода точного отсчета. Разрешающий (высокий) потенциал с единичного выхода триггера 14 поступает на вторые входы элементов И-НЕ 21, осуществляя тем самым подготовку данного блока к формированию кода промежуточного отсчета (или кода старших разрядов полного кода точного отсчета координаты оси X). Разрешающий потенциал с единичного выхода триггера 14 посту- пает также на второй вход элемента И 31 и подготавливает тем самым счетчик 32 к фиксации кода младших разрядов полного кода точного отсчета,

25

г Ю 15 д20

30 354045 сп 55

Непосредственно после того, как триггер 14 установится в единичное состояние, начинается амплитудное квантование положительного полупериода сигнала считывания. Этот полупериод следует непосредственно за отрицательным полупериодом, от которого произошла установка триггера 14 в единичное состояние. Амплитуда положительного полупериода зависит от того, на каком расстоянии относительно опрашиваемой шины X. находится проекция геометрического центра катушки съемника 17 координат. Поэтому по величине кода промежуточного отсчета можно судить о координате X „о промежуточного отсчета, которая сиидетельствует о том, в каком координатном поддиапазоне находится проекция геометрического центра катушки. Номер поддиапазона, в котором находится проекция геометрического центра катушки, является случайной величиной. Предположим, что проекция находится в третьем координатном поддиапазоне. Тогда X Пр будет равна сумме двух координатных поддиапазонов: первого и второго. Задачей блока 18 является нахождение цифрового эквивалента механической величины ХПр. Формирование кода промежуточного отсчета осуществляется с помощью пороговых элементов 20, пороги срабатывания которых поставлены в соответствии между поддиапазон- ным ЭДС. Для рассматриваемого случая сработают первый и второй пороговые элементы. За первый пороговый элемент принят элемент, расположенный в самом верху схемы (фиг.1).

Выходные импульсы от двух сработавших пороговых элементов 20 из всех пороговых элементов группы 20 проходят через соответствующие элементы (верхние два) группы 21 элементов И-НЕ и устанавливают соответствующие триггеры триггерной группы 22 в единичное состояние. В результате этого на триггерной группе фиксируется число два в позиционном коде. Преобразователь 23 позиционного кода преобразуют данный код в двоичный код 8-4-2-1. Преобразованный код с выходов преобразователя 23 поступает на соответствующие информационные выходы блока 18 и далее через соответствующие информационные входы блока 24 точного отсчета на адресные входы блока 25. Этот же код поступает на

соответствующие управляющие входы . мультиплексоров 33 группы, а также на соответствующие информационные входы дешифратора 34. Благодаря то- му, что код промежуточного отсчета поступает на входы трех электронных узлов блока 24, происходит выполнение соответствующих трех подготовительных операций. Во-первых, по этому коду происходит чтение содержимого второго адреса блока 25. Число адресов блока 25 равно числу междупод- диапазонных ЭДС. В каждом из адресов блока 25 занесены (записаны) цифровые эквиваленты соответствующих междуподдиапазонных ЭДС. С выхода блока 25 код поступает на информационные входы ЦАП 26. Поэтому на его аналоговом выходе появляется компенсирующее напряжение, уровень которого пропорционален между- поддиапазонной ЭДС. Компенсирующее выход-ное напряжение ЦАП 26 поступает на первый вход усилителя 27, который осуществляет операцию аналогового вычитания из действительного сигна- ,ла (положительной полуволны) усилителя 16, поступающего на второй вход усилителя 27, компенсирующего напряжения ПАП 26. Разностный сигнал с выхода усилителя 27 через усилител 28 (усилитель приращения сигнала считывания) поступает на первый вход амплитудного компаратора 29. Таким образом, первой микрооперацией является операция аналогового вычитания из сигнала считывания уровня напряжения, пропорционального соответствующей междуподдиапазонной ЭДС. По окончании действия положительного полупериода сигнала считывания формирование кода старших разрядов (кода промежуточного отсчета) полного кода точного отсчета заканчивается и на разрядных выходах преобразователя 23 кода продолжает присутствовать ко старших разрядов полного кода точного отсчета. По выходному коду преобразователя 23 судят о координате Х„р промежуточного отсчета. младшего разряда выходного кода преобразователя 23 определена величиной координатного поддиапазона.

После перехода триггера 14 в единичное состояние на третьем входе элемента И 13 появляется запрещающий потенциал, который закрывает элемент И 13. Поэтому во время формиро

3520310

вания кода младших разрядов полного кода точного отсчета на выходе элемента И 13 импульсы отсутствуют. До эта- па формирования кода младших разрядов полного кода точного отсчета реализуются вторая и третья микрооперации. Вторая микрооперация - подготовка (подключение) с помощью мульти- Ю плексоров 33 соответствующего (третьего снизу по схеме фиг.2) поддиапа- зонного блока 35 памяти к информационным входам ЦАП 30. Третья микрооперация - подключение выбранного под- J5 диапазонного блока 35 к первому входу соответствующего элемента И 36 для осуществления цикла чтения содержимого ячеек блока 35 (третьего) и подачи его на соответствующие информа- 20 ционные входы мультиплексоров 33 и далее последовательно во времени на занесение содержимого каждой ячейки на информационные входы ЦАПЗО. Это подключение осуществляется соответ- 25 ствующим (третьим) выходом дешифратора 34.

После того, как произойдет подключение поддиапазонного блока 35 к .ЦАПЗО, начинается собственно цикл 30 формирования кода младших разрядов полного кода точного отсчета. В этом цикле импульсы с выхода элемента И 48 продолжают поступать на стробируемый вход дешифратора 7 и далее на вход того ключа группы 6 ключей, номер которого стал известен после цикла формирования кода грубого отсчета. В результате поступления на уп- равляющий вход третьего поддиапазон- ного блока 35 импульсов с выхода элемента И 36 начинается последовательное чтение ячеек данной памяти, как следствие этого на аналоговом выходе ЦАП JO появляется ступенчатое компен- 45 сирующее напряжение.

Вид аппроксимации можно выбрать путем записи в каждый блок 35 соответствующих чисел (констант), количество которых зависит от требуемой 50 точности изменения координаты Хг точного отсчета.

t В цикле измерения координаты измеряется электрическая величина - сигнал считывания - путем сравнения 55 его со ступенчатым компенсирующим напряжением. Для этого в выбранную координатную шину продолжают подавать импульсы опроса. В результате этого на выходе катушки считывания

J5

40

n

съемника 17 координат в общем случае появляется пачка импульсов. Количество импульсов в пачке зависит от величины координаты точного отсчета. Максимальное количество импульсов в пачке равно количеству поданных в шину импульсов опроса в цикле формирования младших разрядов полного кода точного отсчета.

Нескомпенсированные входные импульсы (с первого входа) компаратора 29 проходят на его выход и фиксируются в счетчике 32. Элемент И 31 открыт к моменту начала формирования младших разрядов полного кода точного отсчета по первому входу выходным разрешающим потенциалом с единичного выхода триггера 14. Нескомпенсированные импульсы проходят на выход компаратора 29 и далее через второй вход элемента И 31 на счетный вход счетчика 32 до тех пор, пока не наступит момент компенсации выходног разностного сигнала усилителя 28 выходным компенсирующим напряжением ЦАП 30.

Импульсы опроса в выбранную координатную шину продолжают поступать и после момента компенсации разностного сигнала, а следовательно,разностный сигнал поступает на первый вход компаратора 29 и после компенсации. Однако на выход компаратора этот сигнал не проходит. Подача импульсов опроса в цикле формирования кода младших разрядов идет с одновременным подсчетом их числа счетчиком 38. Синхронно с этим подсчитывается количество тактов чтения блока 35. Количество тактов равн количеству импульсов опроса. Как только в счетчике 38 окажется число, которое равно требуемому количеству токовых импульсов, а следовательно, количеству тактов чтения (третьего поддиапазона) дешифратор 39 дешифрирует это.число. В результате этого н выходе дешифратора 39 появляется запрещающий потенциал, который поступает на вход одновибратора 41. Выходной потенциал дешифратора 39 также поступает на второй вход элемента И 37 и прекращает тем самым подачу импульсов в счетчик 38.

Импульс с одиовибратора 41, пройд элемент И 42, увеличивает содержимое счетчика 43 на единицу и дешифратор 44 своим вторым выходом закрывает

о

о и ая

10

15

20

63520312

элемент И 46. На первом выходе дешифратора 44 возникает разрешающий (высокий) потенциал, который инвертиру. ется элементом НЕ 47. Поэтому эле- мент И 48 закрывается по второму входу. Таким образом, подача импульсов как в выбранную координатную шину, так и в счетчик 8 прекращается. На этом формирование кода координаты X заканчивается, на счетчике 8 зафиксирован код грубого отсчета, а на выходах преобразователя 23 и счетчика 32 фиксируется полный код координаты точного отсчета.

После формирования полного кода координаты X аналогичным образом формируется полный код координаты Y. В цикле формирования полного кода координаты Y импульсы с выхода элемента И 55 продолжают поступать на счетный вход счетчика 60. Количество импульсов (константа), прошедших с выхода элемента И 55, такое, что их

25 достаточно для формирования полного кода координаты X и координаты Y. Импульсы с выхода элемента И 55 подсчитывает счетчик 60. Как только число зафиксированных этим счетчиком импульсов достигает константы, на выходе дешифратора 59 возникает запрещающий (низкий) потенциал, который закрывает элемент И 55 по его третьему входу. Поступление импульсов на выход элемента И 55 прекращается.

Перепад выходного напряжения дешифратора 59 с высокого на низкий уровень запускает третий одновибра- тор 58. Отформированный кратковременЮ ный выходной импульс одновибратора 58 проходит через второй элемент И 57 и запускает шестой одновибратор 64. Задним фронтом выходного импульса од- новибратора 64 запускается пятый од45 новибратор 63. Выходной кратковременный импульс одновибратора 63 проходит через третий элемент И 62 по его . второму входу и сбрасывает счетчик 60 и все триггеры схемы в исходное состояние. На выходе дешифратора 59 снова появляется разрешающий потенциал, который открывает элемент И 55 по его третьему входу. В результате этого на выходе элемента И 55 появляются импульсы. Снова начинается формирование кода координат X и Y, но уже новой точки, так как за время регенерационного процесса одно- пибратора 64 острие пишущего элемен30

35

50

55

та съемника 17 координат сместилось на некоторое расстояние по обоим координатным осям относительно начала координат планшета. Время задержки (время регенеративного процесса) одновибратора 64 может выбираться с учетом скорости нанесения графической информации пользователем устройства. Это время определяет паузу, по истечении которой начинается очередной отсчет координаты.

Таким образом, пока пользователь наносит рукописную графическую информацию на лист бумаги (или другой небумажный носитель графической информации) и контакты датчика 52 при этом замкнуты, происходит циклическое формирование кода координат и выдача этого кода по выходному сигналу элемента И 62 в ЭВМ. Как только пользователь прекратит нанесение графических символов или рисунков, датчик 52 касания размыкает свои контакты. В результате этого элемент И 55 закрывается по первому входу - формирование кода координат и его выдача в ЭВМ прекращаются.

Формула изобретения

5

ход подключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с одним входом компаратора, другой вход которого подключен к выходу второго циф- роаналогового преобразователя, а выход соединен с одним входом первого элемента И, другой вход которого подключен к первому выходу блока формирования кода грубого отсчета, а выход соединен со счетным входом первого счетчика, блок временной дискретизации, выход которого подключен к тактирующему входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит мультиплексоры, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования кода промежуточного отсчета, а выходы подключены к информационным входам второго цифроаналого- вого преобразователя, группу блоков

информационными входами соответствующих мультиплексоров, группу элементов И, выходы которых подключены к входам считывания соответствующих блоков памяти группы, первый дешифратор, информационные входы которого соединены с выходами блока формирования кода промежуточного отсчета, а выходы подключены к одним входам соответствующих элементов И группы, второй элемент И, один вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к другим входам соответствующих элементов И группы, второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, и второй дешифратор, информационные входы которого подключены к выходам второго счетчика, а выход соединен с другим входом второго элемента И и информационным входом блока управления, синхронизирующий вход которого подключен к второму выходу блока формирования кода грубого отсчета.

риг.1