Устройство для ввода учебной информации Советский патент 1992 года по МПК G09B7/02 

ч ы го

Сд)

о

J

Изобретение относится к биотехническим адаптируемым устройствам для бесклавишного ввода информации движениями пальцев и кисти руки, формируемыми соответственно столбцу и строке символа в матрице тренажера без привлечения зрения. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Устройство содержит плату 1, на которой размещены первый 2 и второй 3 формирователи кодов, блок 4 сравнения и блок 5 имитации активности кисти руки обучаемо о, причем блок 5 состоит из первого 14 и второго 15 элементов НЕ, первого 16 и второго 17 элементов И, элемента ИЛИ 18 и и л-егратора 19. Быстродействие устройства достигается за счет оперативного использования массива различных символов, которые вводятся только одним координатно-моторным (КМ) движением с фонемическим или визуальным подкреплением. 8 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к биотехническим адаптируемым устройствам для бесклавишного ввода учебной информации обобщенными координатно-моторными (КМ) движениями пальцев и кисти руки, формируемыми без привлечения зрения соответственно столбцу и строке символа в матрице тренажера.

Известно устройство, содержащее формирователи координат активности пальцев и кисти руки, генератор, счетчик, делители напряжения, повторители, элементы ИЛИ, мультиплексор, выпрямители, компараторы, интеграторы, триггер.

Однако это устройство имеет ограниченное быстродействие из-за множества дополнительных активаций кисти руки.

Целью изобретения является повыше- ние быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для ввода учебной информации, содержащее первый и второй формирователи кодов, введены блок сравнения, информационные входы первой группы и первый синхровход которого соединены с соответствующими выходами первого формирователя кодов, а установочный вход, второй синхровход, первый и второй синхровыходы и первый и второй информа-- ционные выходы являются соответствующими входами и выходами устройства, и блок имитации активности кисти руки обучаемого, состоящий из первого и второго элементов НЕ, первого и второго элементов И, элемента ИЛИ и интегратора, выход которого соединен с одним из информа цион- ных входов второй группы блока сравнения, входы первого и второго элементов НЕ подключены к соответствующим выходам второго формирователя кодов и к соответствующим информационным входам второй группы блока сравнения, а выходы - к соответствующим входам первого и второго элементов И, третьи входы которых являются соответствующими тактовыми входами устройства, а выходы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу интегратора, вход второго формирователя кодов подключен к тактовому выходу первого формирователя кодов.

На фиг. 1 показана блочная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема формирователей кода; на фиг, 3 - схема блока сравнения; на фиг. 4 - Схема коммутатора; на фиг. 5 - матрицы тренажера; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу формирователей, на фиг. 7- временные диаграммы, поясняющие работу блока сравнения; на фиг 8 - временные диаграммы

работы блока имитации активности кисти руки обучаемого.

Устройство для ввода учебной информации содержит плату 1, на которой размещены первый 2 и второй 3 формирователи кодов, блок 4 сравнения и блок 5 имитации активности кисти руки обучаемого. Информационные входы 6 первой группы и первый синхровход 7 блока 4 сравнения соединены

0 с соответствующими выходами первого формирователя 2 кодов, а установочный вход 8 и второй синхрохвод 9, первый 10 и второй 11 синхровыходы и первый 12 и второй 13 информационные выходы являются

5 соответствующими входами и выходами устройства.

Блок 5 состоит из первого 14 и второго 15 элементов НЕ, первого 16 и второго 17 элементов И, элемента ИЛИ 18 и интегрзто0 ра 19, выход которого соединен с одним из информационных входов 20 второй группы блока 4 сравнения. Входы первого 14 и второго 15 элементов НЕ подключены к соот- .ветствующим выходам второго. 3

5 формирователя кодов и к соответствующим информационным входам 20 второй группы блока 4 сравнения, а выход - к соответствующим входам первого 16 и второго 17 элементов И, третьи входы которых являются

0 соответствующими тактовыми входами устройства по тактовой частоте ТЧ1 и ТЧ2, а выходы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 18, выход которого подключен к входу интегратора 19, вто5 рого формирователя 3 кодов подключен к тактовому выходу формирователя 2.

Формирователи 2 и 3 (фиг. 2) содержат генератор 21 импульсов (ГИ), дифференцирующие узлы 22 и 23, блоки 24 и 25 делите0 лей напряжения, блоки 26 и 27 эмиттерных повторителей, мультиплексор 28, выпрямитель 29, интегратор 30, компараторы 31 и 32, триггер 33, элемент ИЛИ 34, блок 35 интеграторов, элемент ИЛИ 36, блок 37 выпрями5 телей и счетчик 38.

Дифференцирующие узлы 22 и 23 содержат конденсатор 39 и резистор 40. Блоки 24 и 25 содержат переменные 41 и постоянные 42 конденсаторы. Блоки 26 и 27 содер0 жат эмиттерные повторители 43-50. Переменные конденсаторы 41 располагаются на пальцах и кисти руки и являются датчиками активного положения пальцев при работе сгибателя и кисти руки соответствен5 но

блок 4 (фиг. 3) содержит регистры 51 и 52, элементы 53 - 55 задержки, элементы ИЛИ 56 - 58, триггер 59, одновибратор 60, цифровой компаратор б, элемент И 62, элемент И-НЕ 63, входы 64 и 65 регистров 51 и

52, одновибратор 66, вход 67 коммутатора 68. элемент 69 задержки и входы 70 и 71 коммутатора 68.

Коммутатор 68 (фиг. А имеет-элемент 72 задержки, триггер 73, элемент И 74 и элемент ИЛИ 75.

Устройство работает следующим образом.

Для бесклавишного ввода информации без привлечения зрения и без машинного преобразования КМ-движений пальцев и кисти руки в двухбайтные коды, эквивалентные 32400 символами европейских и восточных алфавитов, символам программирования, а также для выработки у обучаемого квазиречевой КМ-активности с помощью формирователей 2 и 3 получают сигналы координат активности пальцев рук и кисти, а с помощью блока 4 обеспечивают прием координат текущих матриц в их объеме и записи ординаты Н и абсциссы М в регистр 51, блокирование последующей записи в регистр 51, дублирование строба с помощью элементов 53 и 54 задержки и повторную запись кодов Н и М в регистр 52 через время, равное сумме задержек, сравнение кодов Н и М с помощью цифрового компаратора 61, запоминание результата совпадения кодов и блокирование записи в регистр 51, разрешение записи в регистр 52 с помощью триггера 59, прием и запись кодов X и Y текущего символа по одной из шести выбранных матриц из объема мета- матрицы с учетом координат Н и М, формирование строба записи, прием и запись кодов X и Y последующих символов текста в регистр 52,

После смены режима работы путем установки Лог. 1 на входе 8 по шине Символы-операторы блок 4 обеспечивает преобразование строба записи в сигнал Начальная установка (НУ) с помощью элемента И-НЕ 63 и сброс триггера 59 в нуль, запись первого байта (кодов Н и М) каждого последующего символа (программирования, иероглифа) в регистр 51, повторный цикл сравнения кодов Н и М и их запоминание, прием и запись кодов X и Y в регистр 52.

Преобразование активности сгибателей пальцев рук в коды М и X осуществляется с помощью формирователя 2. Импульсный сигнал с генератора 21 подается на дифференцирующие узлы 22 и 23, которые дифференцируют прямоугольный импульс. Передний фронт и срез импульса имеют такую длительность, что на заданной частоте сопротивление конденсатора 39 и делителя блока 24 (25) мало. Форма импульсов на выходах узлов 22 и 23 определяется

емкостью конденсаторов 39 и сопротивлением резистора 40, причем емкость конденсаторов 39 выбрана на порядок больше, чем суммарная емкость делителя блока 24 (25). Сопротивление резистора 40 выбрано таким, что задний фронт импульсов на выходе узла 22 (23) сравним с их передним фронтом. Одновременно резистор 40 шунтирует все сопротивления утечки и на порядок меньше

0 их величин.

Пиковое значение напряжения на средней точке емкостного делителя блока 24 (25) определяется соотношением емкостей конденсаторов 41 и 42 и устанавливается за

5 время фронта импульса. Таким образом, сигнал на выходе мультиплексора 28 определяется только информационной составляющей входного импульса блока 26, которая увеличивается при сокращении сгибателя

0 пальца руки.

Затем сигнал подается на выпрямитель 29, который подавляет отрицательную составляющую сигнала, а интегратор 30 преобразует импульсный сигнал в сигнал

5 постоянного уровня. При этом постоянная времени разряда интегратора 30 много больше постоянной времени его заряда и больше периода частоты опроса генератора 21. Выходной-сигнал интегратора 30 оцени-.

0 вается компараторами 31 и 32 (фиг. 6в) путем сравнения с заданными пороговыми значениями. В исходном состоянии, когда датчики не активизированы, триггер 33 находится в состоянии Лог. О и счетчик 38,

5 тактируемый импульсами с выхода ГИ 21 (фиг. 2 и фиг, 6а), вырабатывает последовательность адресов, в соответствии с которыми мультиплексор 28 опрашивает датчики блока 24. При этом сигнал на выходе интег0 ратора (фиг, 6в) ниже уровня порога компа- рирования, На выходе первого 31 и второго 32 компараторов - соответственно уровни 1 и О. В момент, когда обучаемый активизирует сгибатель пальца руки, емкость пе5 ременного конденсатора 41 уьеличивается, следовательно, сигнал на выходе интегратора 30 также начинает расти и при его переходе через порог компарирования на выходе компараторов 31 и 32 присутствуют

0 уровни О. При этом триггер 33 сохраняет свое состояние.

При переходе сигнала через верхний порог компарирования на выходе компаратора 32 появляется уровень 1 и триггер 33

5 устанавливается в состояние 1. При этом счетчик блокируется Лог. 1 (фиг. 6г) с выхода триггера 33 до тех пор, пока обучаемый не начнет возвращать палец руки в исходное состояние. В этом случае уровень сигнала интегратора 30 снижается (фиг. 6в), и при

ереходе его через уровень .компарирова- ия на выходах компараторов 31 и 32 приутствует уровень О.

При КМ-вводе информации кратковреенным поворотом кисти руки к оси симетрии вводят координаты Y1 и Y3. квивалентные координатам сигналы потупают от датчиков блока 25. Подъем правой кисти руки соответствует переходу на Верхний регистр, а левой - на четную матрицу В (фиг, 5). Рассмотренные Ш-движе- ния кисти руки упреждают движение пальца на 15 - 20 мс, поэтому являются движениями преднастройки,

Работа формирователя 3 имеет ряд отичий. Например, с помощью элементов ИЛИ 34 и 36 сигналы по координатам Y1 и Y3, поступающие от латерально симметрич- ных датчиков, обобщаются, Это позволяет ускорить ввод символов, так как движения преднастройки Нижняя строка матрицы - Y1, Верхняя строка матрицы - Y3 можно выполнять и левой и правой рукой параллельно активации пальца руки, осуществляя некоторое временное сжатие КМ-формиро- вание символов,

Сигналы от емкостных датчиков 25 с выходов эмиттерных повторителей 45-50 выпрямляются диодами (не показаны), на которых собраны элементы ИЛИ 34 и 36. Подавление отрицательной составляющей сигнала на выходах эмиттерных повторите- лей 49 и 50 осуществляются блоком 37. Далее сигналы активности преобразуются в сигнал постоянного уровня с помощью интеграторов блока 35 и следуют на выходы формирователя 3.

Работу блока 4 (фиг. 3) можно разделить на 4 этапа: подготовка к приему кодов активности, первый цикл записи кодов Н и М. повторный цикл записи и контроль кодов Н и М на совпадение, запись кодов текущих символов по координатам X и Y знака в матрице.

Перед началом работы обучаемый сигналом Сброс (СБ), который устанавливается по входу 9 (фиг. 7т), очищает содержимое регистра 52 Кроме того, при включении питания на выходе одновибратора 66 устанавливается разрешающий потенциал (фиг 7н) подготавливающий сброс триггера 59. Затем сигналом Операторы по входу 8 устанавливается разрешающий потенциал (Лог, 1), который по первому входу элемента И-НЕ 63 (фиг. 7а) подготавливает очистку регистра 51 и сброс триггера 59 сигналом Начальная установка (НУ).

При формировании кодов Н и М в момент экстремума активности пальца руки на синхровход 7 поступает строб записи данных (фиг. 76), который инвертируется элементом И-НЕ 63 и с его выхода (фиг. 7в) уже в качестве сигнала НУ импульс поступает на входы триггера 59 и регистра 51, осуществляя одновременно очистку их содержимого по отрицательному фронту импульса (фиг. 7е. г).

После сброса триггера 59 в нуль на его прямом выходе присутствует уровень Лог.

0, который через элемент ИЛИ 57 блокирует запись в регистр 52.(фиг. 7ж). На инверсном выходе триггера 59 устанавливается разрешающий потенциал, положительным фронтом которого запускается элемент 69

задержки и через период, соответствующий установке данных, по Е-входу разрешается запись в регистр 51 (фиг. 7д), причем период задержки установки данных меньше периода задержки элемента 54.

Одновременно через период задержки установки данных уровень Лог. 1 устанавливается по первому входу 67 коммутатора 68, подготавливая триггер 73, не изменяя его состояния, На прямом выходе триггера

59 устанавливается уровень Лог. О, который через элемент ИЛИ 57 блокирует запись кодов Н и М по входам 65 в регистр 52 (фиг. 7ж). На инверсном выходе триггера 73 (фиг. 4) и на выходе элемента 72 задержки

присутствует уровень Лог. 1, который по первому входу открывает элемент И 74 для пропуска коммутатором 68 первого строба записи.

Таким образом, когда в момент экстремума поступает строб записи (фиг, 76), то триггер 59 сбрасывается, запускаются элементы 53 и 54 задержки, блокируется запись в регистр 52 и разрешается запись в регистр 51 (фиг. 7д).

Первый цикл наступает в момент (фиг, 7з), когда строб поступает с выхода элемента 54 задержки, минуя коммутатор 68, и по С-входу осуществляет запись кодов Н и М, установленных по входам 64, в регистр 51

(фиг, 7е), Одновременно положительным фронтом импульса запускается элемент 55 задержки, срезом импульса устанавливается в 1 триггер 73 коммутатора 68 (фиг. 4). При этом на инверсном выходе триггера 73

устанавливается уровень Лог. О, который через период задержки в элементе 72 блокирует элемент И 74, осуществляя выключение коммутатора 68 (фиг. 7и).

Задержка прохождения строба в других логических элементах формирователя не учитывается вследствие их малости. Затем коды Н и М устанавливаются на выходах 12 устройства и на входах А цифрового компаратора 61 (фиг. 7е).

Повторный цикл записи и контроль кодов Н и М на совпадение наступает через период задержки строба в элементе 55, причем на выходе его формируется прямоугольный импульс (фиг. 7к), длительность которого кратно превышает длительность строба (фиг. 7л), а момент прихода его положительного фронта на Е-вход регистра 52 (фиг. 7ж) упреждает поступление строба записи (фиг. 7л) на некоторое время, которое взаимосвязано с периодом задержки.

Коды.Н и М устанавливаются на выходах регистра 52 (фиг. 7м) и на входах В компаратора 61. При совпадении кодов на выходах А равно В компаратора 61 уста- навливается разрешающий потенциал, фронтом которого запускается одновибра - тор 66. С его выхода на вход триггера 59 поступает короткий импульс (фиг. 7и), срезом которого устанавливается триггер 59 (фиг. 7г), который переключает блок 4 в режим записи кодов X и Y.

Запись кодов X и Y текущих символов осуществляется в следующей последовательности. С выхода одновибратора 66 еле- дует короткий импульс (фиг. 7н), который срезом устанавливает в 1 триггер 59 (фиг. 7г). Разрешающий потенциал с его прямого выхода через элемент ИЛИ 57 обеспечивает запись информации в регистр 52 (фиг. 7ж) и по входу 71 коммутатора 68 (фиг. 4) подготавливает триггер 73 к сбросу в нуль, а через некоторое время в элементе 72 коммутатор 68 включается, обеспечивая прохождение строба на выход.

После установки на инверсном выходе Лог. О, который с выхода триггера 59 устанавливается по первому входу 67 коммутатора, сбрасывается в нуль триггер 73, причем по Е-входу блокируется перезапись кодов Н и М в регистр 51 (фиг. 7д). На этом первый цикл формирования первого байта кода текущего КМ-символа завершается. После этого обучаемый повторно касается, например, кольцевого сенсора (не показан) и снимает с выхода 9 блока 4 разрешающий потенциал, блокируя сброс триггера 59 и перезапись кодов Н и М в регистр 51 при вводе координат X и Y (фиг. 7а). Затем обучаемый формирует сигнал Сброс, которым обеспечивается очистка регистра 52 (фиг. 7м; о).

При формировании координат X и Y коды устанавливаются по входам 6 и 20 блока 4, а строб записи по синхровходу 7 следует через элемент 54 задержки и осуществляет запись кодов X и Y в регистр 52 (фиг. 7п, р). Запускается одновибратор 60, который формирует короткий импульс на выходах 10 и 11 (фиг. 7с), обеспечивая запись кодов Н. М и

X, Y во внешнее устройство или опрос ПЗУ внешнего биотехнического адаптируемого контроллера.

Затем обучаемый вновь формирует сигнал Сброс, а затем последующий КМ-сим- вол. Если намечается продолжительная работа без смены выбранных матриц, то и коды Н и М изменять не приходится.

Изобретение повышает быстродействие биотехнического адаптируемого устройства для бесклавишного ввода информации обучаемым за счет оперативного использования массива символов и знаков европейских и восточных алфавитов, символов-операторов программирования, КМ-ввод которых осуществляется не в виде последовательности латинских знаков, а только одним эквивалентным КМ-движени- ем с фонетическим или визуальным подкреплением,

Для выбора из массива памяти страницы текущих матриц, например верхнего регистра (ВР) форматом 3x30 (фиг. 5) или нижнего (НО) с таким же форматом, достаточно однократно ввести ее координаты Н и М в метаматрице (фиг. 5), а затем ввести сигнал Символы-операторы соответственно характеру символов данной матрицы. Указанный сигнал в дополнение 2-байтного адреса, характеризующего текущий сигнал, позволяет обеспечить в тренажере обратную визуальную или фонетическую связь и полную параллельную транскрипцию символа с помощью дисплея или синтезатора речи.

Формула изобретения

Устройство для ввода учебной информации, содержащее первый и второй формирователи кодов, отличающееся тем,что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены блок сравнения, информационные входы первой группы и первый синхрбвход которого соединены с соответствующими выходами первого формирователя кодов, а установочный вход, второй синхровход, первый и второй синх- ровыходы , и первый и второй информацио- ные выходы являются соответствующими входами и выходами устройства, и блок имитации активности кисти руки обучаемого, состоящий из первого и второго элементов НЕ, первого и второго элементов И, элемента ИЛИ и интегратора, выход которого соединен с одним из информационных входов второй группы блока сравнения, входы первого и второго элементов НЕ подключены к соответствующим выходам второго формирователя кодов и к соответствующим информационным входам второй группы блока сравнения, а выходы - к соответствующим

входам первого и второго элементов И, третьи входы которых являются соответствующими тактовыми входами устройства, а выходы соединены с соответствующими

| I

I JQ

чг

W

Ц|Х

Э«, | ле

2 S

HN1

входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу интегратора, вход второго формирователя кодов подключен к тактовому выходу первого формирователя кодов.

тель 2

,«, - I

28

(UA.I

Ь

Матрица В (четная)

®иг.5

Ь

ица ная

UP и

JLJUTJUULJUUl

и 11 |i 11 i i M l| i П i /

Фиг. 6

и

ТГТГПГПГПГТГПГПГПГПГ

(Риг. 9