Фотоэлектрическое считывающее устройство Советский патент 1991 года по МПК G06K7/14 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах считывания и ввода информации в ЭВМ о положении объекта.

Цель изобретения - расширение области применения за счет расширения динамического диапазона.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блоков микропрограммного управления; на фиг.З - функциональная схема блока синхронизации.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 синхросигналов, блок 3 синхронизации (БС), задатчик 4 времени экспозиции, формирователь 5 временных интервалов, первый счетчик 6, мультиплексор 7, фотоматрицу 8, первый блок 9 микропрограммного управления (БМУ), второй счетчик 10, блок 11 памяти.

регистр 12 сдвига и второй блок 13 микропрограммного управления.

Каждый блок микропрограммного управления содержит шифратор 14, первый дешифратор 15, регистр 16 и второй дешифратор 17, выходы которого являются выходами блока, а входы соединены с соответствующими входами регистра и управляющими входами первого дешифратора, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами шифратора, входы шифратора являются информационными входами блока, синхронизирующий вход регистра является синхронизирующим входом блока.

Блок синхронизации содержит триггеры 18 - 23, элементы И-ИЛИ 24 - 28. элементы И 29 - 32. Синхронизирующий вход триггера 18 соединен с установочным входом триггера 19 и является первым тактовым входом блока, установочный вход

Os

-sj

J

00

триггера 20 ягпяется вторым тактовым входом блока, установочный вход триггера, вход Сброс триггера 18 являются соответственно третьим и четвертым тактовыми входами блока. Установочный вход триггера соединен с первым входом элемента И- ИЛИ 24 и является пятым тактовым входом блока, вход Сброс триггера 19 соединен с входами Сброс триггеров 21 и 23, с первым входом элемента И 30 и является шестым тактовым входом блока. Входы Сброс триггеров 20 и 22 объединены и являются седьмым тактовым входом блока, первые входы элементов И-ИЛИ 25 и И 30 являются соответственно восьмым и девятым тактовыми входами блока. Второй вход элемента И-ИЛИ 24 и первые входы элементов И- ИЛИ 26, 27 и И 32 объединены и являются первым входом блока синхронизации, второй вход элемента И 29 является вторым входом блока, третий оход элемента И -ИЛИ 24, вторые входы элементов И-ИЛИ 26, 27 являются третьим входом блока, второй вход элемента И-ИЛИ 25 соединен с первыми входами элементов И 31 и И-ИЛИ 28 и является четвертым входом блока. Вторые входы элементов И-ИЛИ 28 и И 30 и третий вход элемента И -ИЛИ 25 объединены и являются пятым входом блока, выходы элементов И 29, И-ИЛИ 24, триггера 18, элементов И-ИЛИ 26. 27, И 32, И-ИЛИ 25, И 30, И-ИЛИ 28 и И 31 являются соответственно первым -- десятым выходами блока.

Основу устройства составляет фотомат- рица 8 - микросхема оперативного запоминающего устройства динамического типа в металлокерамическом корпусе, с которой удалена крышка и открыт доступ света к кристаллу. Информация хранится в ячейках динамической памяти в виде зарядов, которые постепенно рассасываются вследствие термических эффектов. Кроме того, существенным фактором, влияющим на скорость саморазряда, являются фотоэлектрические токи, величина которых в полупроводниковых кристаллах пропорциональна интенсивности падающего света. Таким образом, если освещать кристалл ОЗУ динамического типа некоторый промежуток времени, то можно внести изменения в хранимую там информацию. Данный принцип использован в предлагаемом устройстве. А именно, предварительно все ячейки матрицы заряжаются посредством записи в каждую из них лог 1, а затем через определенный интервал времени происходит считывание данных. Ячейки, находившиеся в зоне высокой освещенности, оказываются разряженными, поэтому там считываются нули, а в зоне низкой освещенности - единицы Следовательно, потенциальный рельеф,считанный с матрицы, можно представить как изображение с двумя градациями по яркости. Фотоэлектрическое считывающее устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в момент включения питания в устройстве вырабатывается сигнал Сброс, который приводит устройство в исходное состояние. Под действием

0 сигнала Сброс обнуляются счетчики 6 и 10, кроме того, сбрасываются в нуль регистры, а в формирователь 5 записывается в параллельном коде информация, набранная в задатчике 4.

5В рабочем режиме генератор 1 тактовых

импульсов вырабатывает тактовые импульсы с частотой 10 МГц, которые подаются на первый вход формирователя 2 и там преобразуются в 10 неперекрывающихся фазовых

0 последовательностей с частотой 1 МГц в каждой последовательности. Кроме того, формирователь 2 вырабатывает импульсную пбследовательность частотой 10 кГц для обеспечения формирователя 5 метками

5 времени.

Блок 9 обеспечивает работу фотоматрицы в режимах приема оптической информации, а также выдачу этой информации с фотоматрицы 8 в блок 11 памяти.

0Рассмотрим алгоритм работы блока 9.

Нулебой процедурой алгоритма является выдача информации из фотоматрицы 8 в блок 11; При этом блок 9 находится в состоянии Режим 0 и поддерживает сигнал вы5 сокого уровня на первом выходе. Этот сигнал подается на вход блока 3 и разрешает выдачу импульсов первого выхода блока 3 синхронизации на первый вход счетчика 6. Кроме того, разрешается формирование уп0 равляющих импульсов на втором выходе Ьлока 3, что1, обеспечивает работу мультиплексора 7, а также появление стробирую- ицих импульсов на выходах с третьего по пятый блока синхронизации. Установлен5 ный таким образом режим работы дает возможность операционному автомату последовательно поэлементно адресоваться к фотоматрице 8 в цикле Чтение - модификация - запись и производить чтение

0 содержимого ячеек матрицы с одновременной их подготовкой (зарядом) к последующему экспонированию. Выполнение пулевой процедуры (т.е. процесс обращения к фотоматрице 8) продолжается до тех пор,

5 пока не произойдет выдача импульса со старшего выхода блока 6 на первый вход блока 9. Этот импульс интерпретируется как установление признака Конец кадра.

Затем блок 9 переходит в состояние Режим 1, что соответствует началу выпол

нения процедуры экспонирования фотоматрицы 8. Сигнал высокого уровня с первого выхода блока 9 снимается.

Процедура экспонирования фотоматрицы состоит в отмене всех обращений к ней. При этом блок 9 находится в состоянии Режим 1 и поддерживает сигнал высокого уровня на втором выходе, Этот сигнал подается на одиннадцатый вход БС 3 и разрешает прохождение импульсов частотой 10 кГц с входа на десятый выход блока 3 и далее на третий вход формирователя 5. Импульсы, поступающие на третий вход формирователя 5, являются метками времени и служат для отсчета времени экспозиции. Отсчет времени экспозиции реализуется методом вычитания импульсов(меток времени)из исходного содержимого формирователя 5, записанного в него ранее параллельным кодом из задатчика 4. Процесс экспонирования матрицы продолжается до тех пор, пока содержимое формирователя 5 не уменьшится до нуля. В этот момент на его первом выходе логический уровень сигнала становится низким. Это является условием для перехода блока 9 в состояние Режим 2 и началом выполнения процедуры проверки состояния блока 11. Сигнал высокого уровня с второго выхода блока 9 снимается, а на его третьем выхода появляется сигнал высокого уровня.

Процедура проверки состояния блока 11 предполагает проверку наличия ; а третьем входе блока 9 признака Исходное состо- яние. Выполнение данной процедуры является фактически условным переходом блока 9 в Режим 0 лиОо в Режим 3 в зависимости от состяния третьего входа блока S. Тагим образом, если на третьем входе БМУ 9 присутствует /юг.0, то совершается переход БМУ 9 в состояние Режим 3, иначе - переход в состояние Режим О. Сигнал воздействует на влсд формирователя 5 и обеспечивает запись в нею парал- лельного кода, установленного на выходах задатчика 4. Запись кода обуславливает установку нового времени экспозиции, а также установку сигнала высокого уровня на его первом выходе

Если на третьем чходе блока 9 установлен нулевой сигнал, то он воспринимает его как неготовность блока 11 к приему информации с фотоматрицы и, следовательно, пе- реходит в состояние Режим 3, При этом сигнал высокого уровня с третьего выхода блока 9 снимается и операционный автомат начинает выполнять процедуру хранения полученной в ходе экспонирования видеоинформации.

Процедура хранения видеоинформации в фотоматрице обеспечивает сохранность данной информации до того момета времени, пока блок 11 не освободится для приема нового кадра информации. Это достигается следующим образом. БМУ 9, находящийся в состоянии Режим 3, устанавливает сигнал высокого уровня на четвертом выходе. Этот сигнал воздействует на третий вход блока 3 и разрешает подачу импульсов с его второго выхода на вход счетчика 6, а также разрешает выдачу управляющих импульсов с второго выхода на второй вход мультиплексора

7и стробирующих импульсов с четвертого и пятого выходов блока 3 на второй и третий входы фотоматрицы 8. Такой режим адресации и стробирования матрицы позволяет производить последовательное обращение к ее элементам при чтении, что и в итоге обеспечивает регенерацию данных элементов и возможность дальнейшего хранения информации. Процесс хранения информации продолжается до тех пор, пока на третьем входе блока 9 не появится сигнал высокого уровня, что эквивалентно появлению признака готовности блока 11. Блок 9 дает возможность завершить текущий цикл регенерации всех элементов матрицы. Конец цикла распознается по импульсу переполнения счетчика 6, котопь й поступает на г.ерзыу, вход блока 9 и является признаком Конец кадоа. R момент появления этого признака начинает выполняться условие готовности блока 1(, которое является условием перехода блока 9 из состояния Режим 3 в состояние Режим С Этот переход прекращает выполнение ппоцедуоы ния снимает сигнал высокого уровня с четвертого выхода блока 9 и пазряшэет ндчать наполнение процедуры выдачи информации в блок 1 1, описанной ранее.

БМУ 13 в совокупности со счетчиком 10, блоком 11 памяти и регистром 12 сдвигя обеспечивает работу Ьлока 11 Р режиме приема (записи) информации, поступающей or Фотомагрицы 8. а также передачу этой информации с выхода фотоэлектрического считывающего устройства на внешние устройства обработки и хранения информации в асинхронном режиме. Обмен ведется 16- разрядными словами согласно протоколу ИРПР.

Рассмотрим алгоритм работы блока 13. Нулевая процедура алгоритма реализует фу, кцию ожидания данных блоков 11, которые должны передаваться от фотоматрицы

8При этом блок 13 устанавливает на пер вом выходе сигнал высокого уровня, что является признаков i готовности. По мере того, как. блок 9, выполнив очередной проход своего алгоритма, перейдет в состояние Режим 0, матрица будет готова к передаче данных. Переход блока 9 в состояние Режим 0 является условием перехода блока 13 в состояние Режим 1, так как на его первом входе с первого выхода блока 9 в этот момент появляется сигнал высокого уровня, который интерпретируется блоком 13, как признак перехода. При этом заканчивается выполнение процедуры ожидания, снимается сигнал высокого уровня с первого выхода блока 13 и разрешается выполнение процедуры приема информации в блок 11.

Процедура приема обеспечивает прием информации в блок 11 синхронно с выдачей ее из фотоматрицы 8. При этом блок 13 на ходится в состоянии Режим 1 и поддерживает сигнал высокого уровня на втором выходе. Этот сигнал воздействует на тринадцатый вход блока 3 и разрешает выдачу импульсов с его шестого выхода на вход счетчика 10. Кроме того, разрешается подача управляющих импульсов с восьмого и девятого выходов блока 3 на второй и третий входы блока 11. В результате происхо- дит последовательное обращение к элементам (ячейкам) блока 11 в цикле Запись. Процедура приема информации продолжается до тех пор, пока не произойдет переполнение счетчика 10, что выразится в подаче импульса с его старшего выхода на второй вход блока 13. Этот импульс блока 13 воспринимает как установку признака Конец обмена. Таким образом, выполняется условие перехода блока 13 в состояние Режим 2, что соответствует окончанию действия процедуры приема информации и началу выполнения процедуры заполнения регистра сдвига. Сигнал высокого уровня с второго выхода блока 13 снимается.

Процедура заполнения регистра сдвига обеспечивает считывание из блока 11 шестнадцати бит информации и последовательную их засылку в регистр сдвига с целью преобразования (упаковки) информации в шестнадцатираз- рядные слова, которые используются в дальнейшем для обмена с внешними устройствами.

Это достигается следующим обра зом. БМУ 13 находится в состоянии Режим 2 и поддерживает сигнал высокого уровня на третьем выходе. Этот сигнал воздействует на блок 3 и разрешает работу счетчика 10, блока 11 и регистра 12. А именно разрешает выдачу импульсов с 10-го выхода блока 3 на вход счетчика 10, кроме того, разрешает формирование управляющих импульсов на восьмом и девятом выходах блока 3 и сдвигающих импульсов на седьмом выходе блока 3. Такой режим управления обеспечивает последовательное обращение к элементам

блока памяти в цикле Чтение и передачу в регистр сдвига считанной информации. Выполнение данной процедуры продолжается до тех пор, пока не произойдет считывание из блока памяти и запись в регистр слова информации, о чем сообщает появление импульса, на выходе счетчика 10, который воздействует на третий вход блока 13, который интерпретирует этот сигнал как условие перехода блока 13 в состояние Режим 3. При этом прекращается выполнение текущей процедуры и разрешается начало выполнения процедуры связи с внешним устройством. Сигнал высокого уровня с третьего выхода блока 13 снимается.

Процедура связи с внешним устройствам обеспечивает возможность передачи информации с выхода фотосчитывающего устройства к внешнему устройству сбора или обработки информации. Обмен происходит 16-разрядными словами согласно протоколу ИРПР. Для выполнения процедуры связи блок 13 переходит в состояние Режим 3 и выставляет сигнал высокого уровня на четвертом выходе. Этот сигнал является запросом к внешнему устройству и сообщает, что данные на выходе устройства достоверны. В таком состоянии БМУ 13 может находиться сколь угодно долго.

В том случае, если внешнее устройство обслужило запрос и считало данные с выходов регистра 12, оно должно выставить сигнал окончания связи на пятый вход блока 13, по которому блок 13 определяет, что цикл передачи данных внешнему устройству закончен и необходимо, либо вернуться к вы- полнению процедуры заполнения сдвигового регистра очередной информацией, либо перейти к выполнению процедуры ожидания. Возможность того или иного перехода блока 13 определяется по наличию или отсутствию признака, который подается со старшего выхода счетчика 10 на второй вход блока 13. Если переполнения счетчика 10 не произошло, т.е. информация из ОЗУ считана в регистр и передана чнеш- нему устройству не полностью, то блок 13 переходит в состояние Режим 2 и выполняет процедуру дальнейшего чтения блока памяти с заполнением регистра сдвига, иначе блок 13 переходит в состояние Режим О и приступает к выполнению процедуры ожидания или Режим 2, что соответствует сигналу высокого уровня на входе БС 3 а, следовательно, на первом или четвертом входе элемента 27.

Логический элемент И-ИЛИ 27 служит для управления работой регистра 12 сдвига, что достигается клзпанированием шестой фазы синхронизации, которая подается на

первый вход элемента 27. Последний разрешает прохождение импульсов на синхров- ход регистра 12 в том случае, когда БМУ 13 находится в состоянии Режим 2, что соответствует сигналу высокого уровня на четырнадцатом входе БС 3, а следовательно, и на втором входе элемента И-ИЛИ 27.

Диапазон изменения времени экспозиции в известном устройстве сравнительно невелик и не превышает шести раз. Время экспозиции рассчитывается по формуле

Тэксп (NR - 1) Nc t , где NR - число строк;

Nc число столбцов;

t - время обращения к одному элементу матрицы ( мкс).

В предлагаемом устройства принцип экспонирования матрицы изменен и время экспозиции не связано с количеством строк и столбцов. Таким образом, достигнут диапазон изменения времени экспозиции 10 раз с ограничением по нижнему и верхнему пределам, которые обусловлены техническими параметрами матрицы. Диапазон изменения экспозиции в предлагаемом устройстве лежит в пределах 200-6 10 мкс.

Расширение диапазона изменения времени экспозиции обусловлено тем, что в известном устройства иримя экспозиции жестко привязано к циклу обращения, а также к размерности матрицы роме того, опе- рации считывани и экспонирования совмещены. В предлагаемом устройстве операция э.сгонирозания выделена и состоит в отмене всех обращений матрице, чтс дает возможнгсть резко расширить ди- .зон изменения времени хспозиции.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет бо/ie 1 универсальный принцип обмена информацией с внешними устройствами, а именно асинхронный принцип. Это позволяет обмениваться информацией с любой скоростью и не предъявлять высоких требований по быстродействию к внешним устройствам.

Формула изобретения

Фотоэлектрическое считывающее устройство, содержащее генератор тактовых импутьсов. соединенный с формирователем синхросигналов, фотоматрицу, блок синхронизации, первый счетчик, первый блок микропрограммного /правления, мультиплексор, выходы которого соединены с адресными эходами первой группы фо- томатрицы, блок памяти, регистр сдвига, выводы первого счетчика соединены с адресными входами мультиплексора, вход первого счетчика соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен со стробирующим входом 5 мультиплексора, третий, четвертый и пятый выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами фотоматрицы, выходы формирователя синхросигналов соединены с соответствующими тактовыми

0 входами блока синхронизации, отличающееся тем, что. с целью расширения области применения за счет расширения динамического диапазона, оно содержит второй блок микропрограммного управле5 ния, задатчик времени экспозиции, формирователь временных интервалов, второй счетчик, выходы которого соединены с адресными входами блока памяти, четвертый выход и выход старшего разряда соединены

0 соответственно с первым и вторым входами второго блока микропрограммного управления, а вход - с шестым выходом блока синхронизации, выходы регистра сдвига являются информационными выходами уст5 ройства, информационный вход соединен с выходом блока памяти, а синхронизирующий - с седьмым выходом блока сичхрони- ззиии, восьмой и девятый выходы блока синхронизации соединены соответственно

0 с угн звлчпщими входами блока памяти, десятые выход - с тактовым входом формирователя временных интервалов, выход фотомат оицы соединен с инфорационным входо ч илока памяти, входы первого блока

5 микропрограммного управления соединены соответственно с выходом формирователя рременных интервалов, с первым выходом второго t.iOKS микропрограммного управления, г выходом старшего разряда первого

0 , с седьмым выходом формирователя - имхрэсигналов. с шиной нулевого потен- циапа, гретий и четвертый входы второго блекл микропрограммного управления соединены соответственно с первым выходом

5 первого блока микропрограммного управления и с первым управляющим входом блока синхронизации и с первым выходом формирователя синхросигналов, а пятый вход является синхронизирующим входом

0 устройства, второй выход первого блока микропрограммного управления соединено BTOpt м управляющим входом блока синхронизации, третий - с управляющим входом Фоомировзтеля временных интервалов, а

5 четвертый - с третьим управляющим входом блока синхронизации, второй и третий выходы второго блока микропрограммного управления соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока синхронизации, а четвертый выход является синхронизирующим выходом устройства, входы менных интервалов соединены с выходами задания параметров формирователя вре- задатчика времени экспозиции.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано, например, в устройствах считывания и ввода информации в ЭВМ о положении объекта. С целью расширения области применения за счет расширения динамического диапазона в устройство введены средства задания экспозиции и адаптивного управления считыванием, хранением и передачей информации во внешнее устройство, которые и обеспечивают изменение длительности процессов накопления и считывания информации с фотоматрицы. 3 ил.