Устройство для считывания графической информации Советский патент 1982 года по МПК G06K11/06 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования, в цифровую форму и ввода в ЭВМ графической информации. Оно может быть также использовано в качестве штатного входного устройства ЭВМ.

Известно устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с системой ортогональных координатных шин, подключенных через коммутаторы к блоку управления, счетчики координат и съемник координат, соединенный с усилителем. В процессе измерения координат осуществляется поочередное возбуждение шин по каждой из координатных осей импульсами тока до того момента, пока сигнал, индуктируемый в съемнике координат не превысит заданный уровень. В результате на счетчике грубого отсчета фиксируется код, пропорциональный числу возбужденных шин для соответствующей координаты.

Для уточнения координаты амплитуда индуктированного сигнала последовательно сравнивается с амплитудами сигналов блока формирования эталонных импульсов, токовым входом связанного с объединенными выходами координатных шин планшета, а

10 управляющим входом - со счетчиком точного отсчета, причем выход указанного блока соединен с одним из входов схемы сравнения. Блок форсирования эталонных импульсов содержит

15 группу прямолинейных проводников, уложенных с шагом точного отсчета, коммутатор указанных проводников и эталонный датчик, постоянно зафиксированный и индуктивно связанный с

20 группой прямолинейных проводников, при этом эталонный датчик через усилитель подсоединен к выходу блока формирования эталонных импульсов. Код младших разрядов определяется путем последовательного опроса груп пы прямолинейных проводников блока формирования эталонных импульсов и их подсчета до момента равенства амплитуды сигнала съемника координат и амплитуды сигнала эталонного датчика. Таким образом, код каждой из координат, соответствующий положению центра съемника относительно на чала координат рабочего поля, складывается из кода, соответствующего количеству опрошенных шин, до момен та появления в съемнике индуктирова ного сигнала (старшие разряды), и кода, соответствующего удалению съем ника от последней возбужденной координатной шины (младшие разряды) Недостатками этого устройства являются относительно ограниченная точность измерения координат, вызван ная механическими ограничениями на плотность укладки прямолинейных про водников блока формирования эталонных импульсов, взаимным искажением магнитного поля этих проводников при плотной их укладке, а также большой объем оборудования для коммутации указанных эталонных проводников. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее план шет с ортогональными координатными шинами, подключенными к коммутаторам, соединенным с распределителем импульсов, счетчики, съемник координат, соединенный с усилителем, подключенным к аналого-цифровому преобразователю, интерполятор, элементы И, ИЛИ и генераторы импульсов ,2. Однако известное устройство отличается недостаточно высокой точностью. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее планшет, выполненный в виде системы двух взаимно ортогональных координатных, шин, подключенных к соответствующим коммутаторам, входы которых соединены с первым распределителем импульсов, вход которого подключен к первому генератору импульсов, а выходы соединены с аналогоцифровым преобразователем, подключенным к блоку памяти, и с первым и вторым счетчиками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и к аналого-циф914 ровому преобразователю, а выход соединен с входом третьего счетчика, подключенного к распределителю импульсов, датмик импульсов, соединенный с первым усилителем, дешифратор, вход которого подключен к выходу второго счетчика, второй усилитель, вход которого соединен с съемником координат, а выход подключен к входу элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, выход которого соединен с одними входами элементов И группы, другие входы которых подключены к второму счетчику, а выходы соединены с интерполятором, введены 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 пбдключены к дешифратору и к элементу задержки, а выходы соединены с входами элемента ИЛИ и второго счетчика. На фиг. 1 приведена амплитуднопространственная характеристика (АПХ) измерительной системы устройства; на фиг. 2 - блок-схема алгоритма вычисления на фиг. 3 - функциональная схема устройства. В состав устройства входит планшет 1 с двумя системами взаимно ортогональных координатных шин, съемник 2 координат, коммутаторы 3 и i, дешифратор 5, датчик 6 импульсов, первый 7 и второй 8 усилители, блок 9 амплитудной коррекции, блок 10 памяти, аналого-цифровой преобразо- . ватель 11, первый 12 и второй 13 счетчики, элементы И 1t группы, блок 15 управления, состоящий из элемента 16 задержки, первого генератора 17 импульсов, распределителя 18 импульсов, второго генератора 19 импульсов, элемента ИЛИ 20 и третьего счетчика 21, при этом блок 13 содержит третий генератор 22 импульсов, делитель 23 напряжения и умножитель 2Ц. В блок-схему устройства входит также интерполятор 25, содержащий генератор 26 импульсов, элемент И 27, триггер 28, элемент ИЛИ 29, счетчик 30, дешифраторы 31 и 32, блок 33 памяти,блок 3 выбора кода, элемент ИЛИ 35, элемент И 36, счетчик 37, оаспределитель 38 импульсов, элемент

И 39, элемент И kQ, счетчик k, распределитель k2 импульсов, элемент ИЛИ 43, распределитель kk кодов, элемент И kS, регистр Ц6, блок 7 выбора кодов, регистр 8, блок Э вентилей переноса, сумматор 50, распределитель 51 кодов, регистры 52 и 53 и схемы сдвига 5 и 55.

Устройство работает следующим образом.

После установки визирного перекрестия съемника 2 в считываемую точку оператор запускает схему оп-.. роса координатных шин планшета 1 сигналом Пуск. По этому сигналу генерэтор 19 импульсов устанавливает счетчик 21 в единичное состояние, которое разрешает прохождение импульсов генератора 17 на первый выход распределителя 18 импульсов. При этом запускается коммутатор 4, осуществляющий поочередную коммутацию и возбуждение координатных шин.

Эти же импульсы генератора 17 поступают на счетный вход счетчика 12 шин, где формируется грубый отсчет координаты. Поступление импульсов происходит до тех пор, пока не возбудится ближайшая к съемнику 2 координат шина и на выходе усилителя 8 не появится сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 20 на счетный вход счетчика 21 и запрещающий прохождение импульсов генератора на первый выход распределителя. Импульсы генератора будут при этом присутствовать на втором выходе распределителя, откуда они поступят на цифровой вход аналого-цифрового преобразователя 11, а также на вход счетчика 13- На аналоговый вход АЦП 11 поступит скорректированный с учетом разброса импульсов тока опроса шин сигнал со; съемника координат. Коррекция последнего осуществляется в блоке 9. который имеет генератор 22 опорных импульсов, амплитуда которых задана с учетом расположения датчика 6 импульсов и учета при вычислеНИИ коэффициентов, делитель 23 аналоговых сигналов, на вход которого поступают сигналы с усилителя 7, датчика 6 импульсов и генератора 22 опор ных импульсов. На выходе делителя 23 формируется сигнал, пропорциональный отношению. Этот сигнал поступает на вход умножителя 2 аналоговых сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с усилителя 8, Сигнал

на выходе умножителя пропорционален произведению двух cигнaлoвИQпV ;/Ид. Таким образом, во сколько раз опорный сигнал с генератора 22 отличается от сигнала с датчика 6 импульсов, во столько же раз изменяется сигнал со съемника координат, тем самым устраняется погрешность измерений координат, вызванная неидентичностью токов возбуждения в координатных шинах планшета. Этот сигнал, запомненный в блоке 10, будет присутствовать на аналоговом входе АЦП 11 во время преобразования его

в цифровую форму,

В момент сравнения аналогового сигнала с линейно нарастающим сигналом на входе АЦП 11 формируется сигнал, поступающий на счетный вход

счетчика 21 и прекращающий подачу импульсов на втором выходе распределителя 18 импульсов. При этом на счетчике 13 оказывается, зафиксированным цифровое значение измеренной

величины сигнала, А так как рабочий участок амплитудно-пространственной характеристики съемника 2 координат имеет вид нелинейной функции, изображенный на фиг, 1, то определение истинного расстояния от последней опрошенной шины до центра съемника осуществляется в интерполяторе 25 методом обратной сплайнинтерполяции. Метод сплайн-интерполяции выбран потому, что он может обеспечить любую наперед заданную точность вычислений при неизменном алгоритме вычислений. Полученные заранее экспериментальные значения коэффициентов и значения узловых точек сплайна хранятся в блоке 33 памяти, куда также с помощью элементов И И группы по сигналу с выхода элемента 16 задержки записывается код измеренной величины сигнала со съемника 2 координат. Далее, в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг, 2, осуществляется вычисление , соответствующего расстояния, Последовательность выполнения операции вычисления задается счетчиком 30 и дешифратором 31 При этом на выходе элемента И 27 появляется последова- у тельность импульсов генератора 26, поступающая на входы элементов И Зб И 40. а также на входы распределителей 38 и 42 импульсов. При выполнении операции типа сложения разрешающие сигналы с одного из выходов первой группы выходов, разрешающих выполнение команд.сложения, дешифратора 31 присутствуют на выходе элемента kG, а при выполнении операции умножения - на входе элемента И 36, При выполнении первой операции типа сложения (фиг. 2) импульсы генератора 26 через элемент И АО поступают на вход счетчика А1, который задает цикл сложения, состоящий из пяти тактов. При этом пятый импульс с выходасчетчика А1, поступая на вход счетчика 30 операций через элемент ИЛИ 29, устанавливает его в следующее состояние, запрещающее поступление импульсов генератор на счетчик А1, который при этом устанавливается в начальное состояние. Во время выполнения тактов первой операции по первому сигналу с выхода распределителя 2 импульсов осуще ствляется с помощью блока З выбор из блока ЗЗ по адресу, определяемому дешифратором 32, соответствующего числа, по второму сигналу осуществля ется запись этого числа в сумматор 50. Адрес записи определяется состоянием дешифратора 32, чье состояние, в свою очередь, определяется состоянием дешифратора 31 операции и соетоянием дешифратора 5, который дешиф рует состояние счетчика: 13. В счет чике 13 считается число - текущий номер интервала, в котором производи ся измерение. Третий и четвертый сигналы, аналогично первому и второму, осуществляют выбор второго числа из памяти и запись его в регистр kB, По пятому сигналу осуществляется передача содержимого регистра kB в дополнительном коде через блок Ад вентилей в сумматор 50. Полученный при этом результат по сигналу с элемента И АЗ записывается в регистр А6, Операция сложения на этом заканчивается, счетчик 30 устанавливается в следующее состояние, при котором появляется разрешающий сигнал на одном из выходов второй группы выходов f (выходов, разрешающих выполнение команд умножения). Сигналы генератора 26 через элемент И 27 поступают при этом на вход счетчика 37 умножения, который управляет распределителем 38 импульсов; Следующая по схеме на фиг. 2 операция выполняется за две команды умножения. Первым ИМПУЛЬСОМ распределителя 38 импуль- . СОВ осуществляется выбор из регист ра f}6 с помощью элемента ИЛИ 35 и блока 3 соответствующего кода числа X. Вторым сигналом осуществляется запись его в регистр 8 множимого и регистр 52 множителя через . элемент ИЛИ A3 и распределитель АА кодов, Регистр 52 и сумматор 50 имеют схемы 5А и 55 сдвига вправо. Последовательность работы схемы далее определяется состоянием младшего разряда на выходе регистра 52. Если в нем записана 1, то к сумме частичных произведений, находящейся в сумматоре 50, добавляется множимое, т.е. сигнал с выхода регистра 52 разрешает прохождение импульса с третье го выхода распределителя 38 через элемент И 39 на вход блока Ад вентилей переноса, при этом к сумме частичных произведений добавляется множимое. Далее импульсом ,с четвертого выхода распределител 38 производится сдвиг вправо в сумматоре 50 и регистре 52. Если же в младшем разряде регистра 52 записан О, то производится сдвиг без выполнения сложения. Последний импульс с выхода счетчика 37 переключит счетчик 30 операций в следующее состояние и через элемент И А5 запишет промежуточный результат в регистр А6. Во время следующих операций анало гичным образом осуществляется умножение остальных чисел. После выполнения этих операций импульс с соответствующего выхода счетчика 30 операций добавляет единицу к содержимому счетчика 13, дешифратор при этом дешифрует число для выборки в последующих операциях. Последовательность выполнения операции и их количество определяется счетчиком 30, и каждая из них выполняется аналогично описанным операциям сложения и умножения. Шестнадцатый импульс счетчика 30 (так как всего операций пятнадцать) установит в нулевое состояние триг- гер 28, прекращая тем самым работу интерполятора и устанавливая его в начальное состояние, и добавит единицу в счетчик 21,устанавливая его в новое состояние для определения координаты У точки. Результат выполнения последней операции записывается в регистр 53 и представляет собой точный отсчет координаты мес- 9 тоположения центра съемника коордилат (младшие разряды кода координаты) , Код координаты X точки опре деляется суммой содержимого счетчика 12 и регистра 53. Время вычисления точного отсчета одной координаты при реализации ;предлагаемого технического решения на микросхемах серии 155 и числе раз рядов кода, равном пятнадцати, не превышает 20 мкс. Средняя скорость ручного отслеживания 1 см/с и при ма симальном необходимом шаге дискретизации устройства равна 0,01 мм, время измерения одной координаты сос тавит 5 мс. Таким образом, вычисления точного отсчета можно осуществлять в промежутках между отсчета ми при достаточно большой скорости слежения. Введение новых узлов и блоков, а также новых конструктивных связей между ними позволило существенно повысить точность устройства. Формула изобретения Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет, выполненный в виде системы дву взаимноортогональных координатных шин, подключенных к соответствующим коммутаторам, входы которых соединены с первым распределителем импул сов, вход которого подключен к первому генератору импульсов, а выходы соединены с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к блоку памяти, и с первым и вторым счетчи1ками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и к аналого-цифровому преобразователю, а выход, соединен с входом третье -о счетчика, подключенно го к распределителю импульсов, датчик импульсов, соединенный с первым усилителем, дешифратор, вход которого подключен к выходу второго счетчика, второй усилитель, вход которого соединен с съемником координат, а выход подключен к входу элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, выход кото. рого соединен с одними входами элементов И группы, другие входы которых подключены к второму счетчику, а выходы соединены с интерполятором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит 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. Источники информации,ч принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР К 627463, кл. G Об К 11/06, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2999 2б, кл. СОбКП/Об, 1980 (прототип).

-J