Сенсорный переключатель

ОГ каэ 3276/44В 113035,ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Тираж 862НИИПИ Государственногопо делам изобретенийсква, Ж, Раушская Подписноемитета СССР открытийб., д.4/51092725 вления, С-вход которого подключен квыходу дополнительного счетчика, кроме того, выход 0 -триггера записисоединен с С-входом регистра, а 5 -вхоИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в пультах управления различных устройств, в частности в коммутаторах и устройствах ввода информации в ЭВИ.5Известно сенсорное переключающее устройство, содержащее тактирующую и информационные шины, счетчик, регистр сдвига, п сенсорных площадок и мультиплексор, и информационных входов которого соединены с соответствующи" ми сенсорными площадками, управляющие входы - с выходами счетчика и информационными входами регистра сдвига, стробирующий вход - с тактирующей шиной, входом счетчика и входом синхронизации регистра сдвига, а выход - с тактирующими входами регистра сдвига, выходы которого подключены к информационным шинам Г 1 3Недостаток устройства - низкая надежность работы.Наиболее близким по технической сущности к предложенному являетсясенсорный коммутатор, содержащиймультиплексор, информационные входыкоторого соединены с соответствующими сенсорными площадками, а управляющие входы подключены к выходамосновного счетчика и входам регистра,а также дешифратор, элемент И и выходной регистр, выходы которогосоединены с выходными шинами 21.Недостатком этого устройства также является невысокая надежность фун, кционирования, обусловленная низкойнадежностью хранения состояния.Цель изобретения - повышениенадежности функционирования,Поставленная цель достигается темчто в сенсорный переключатель, содержащий мультиплексор, информационные входы которого соединены с соответствующими сенсорными площадками,а управляющие входы подключены к выходам основного счетчика н входамрегистра, а также дешифратор, эледы Р -триггеров ошибки н касания подключены к выходам элемента ИЛИ ошибки и мультиплексора соответственно,мент И и выходной регистр, выходыкоторого соединены с выходными шинами, введены блок сравнения, Р -триггеры блокировки, касания, ошибки, записи и управления, формирователь импульсов опроса, дополнительный и вспомогательный счетчики и элементы ИЛИзаписи, ошибки и предустановки, причем вход первого разряда дешифраторасоединен с тактовой шиной и входомвспомогательного счетчика, вход вто-,рого разряда - с выходом первогоразряда вспомогательного счетчика,выход старшего разряда которого под"ключен к входу основного счетчика ивходу старшего разряда дешифратора,первый выход которого соединен с Свходом В -триггера касания и черезформирователь импульсов опроса с Свходом мультиплексора, второй выход -с первым вхоцом элемента ИЛИ предустановки, третий выход - с С-входомдополнительного счетчика, первымвходом элемента ИЛИ ошибки и 5 -входом 5 -триггера записи, а четвертыйвыход - с первым входом элемента ИЛИзаписи, второй вход которого подклю".чен к прямому выходу ) "триггера управления, первому входу элемента Ии С"входам Э -триггеров ошибки и записи, третий вход - к прямому выходуД "триггера ошибки, четвертый - кинверсному выходу Д -триггера блокировки, а выход элемента ИЛИ записи соединен с С-входом выходного регистра иС-входом 2 -триггера блокировки, 5вход которого подключен к инверсномувыходу Д -триггера управления и второму входу элемента ИЛИ ошибки, тре"тий вход которого соединен с вторымвходом элемента ИЛИ предустановки ипрямым выходом 0 -триггера касания,а четвертый вход подключен к второмувходу элемента И и выходу блока сравнения, первые входы которого соединены с выходами основного счетчикаа вторые входы - с выходами регистра25 4 з 10927 и входами выходного регистра, при этом выход элемента И подключен к третьему входу элемента ИЛИ предустановки, выход которого соединен с Р-входом дополнительного счетчика5 и 5 -входом Р -триггера управления, С-вход которого подключен к выходу дополнительно счетчика, кроме того, выход Э -триггера записи соединен с С-входом регистра, а 5 -входы 3 - 10 триггеров ошибки и касания подключены к выходам элемента ИЛИ ошибки и мультиплексора соответственно.На фиг.1 представлена функциональная схема сенсорного переключателя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняюцие работу сенсорного переключателя соответственно в режиме рабоче.- го касания одной сенсорной площадки и непреднамеренного касания двух пло" щ щадокСенсорный переключатель содержит мультиплексор 1,сенсорных площадок 2, основной счетчик 3, выходной регистр 4, выходные шины 5, дешифра-. 2 тор 6, тактовую шину 7, вспомогательный счетчик 8, формирователь 9 импульс сов опроса, Э -триггер 10 касания, элемент 11 предустановки, В-триггер 12 записи, дополнительный счетчик 13, элемент 14 ИЛИ ошибки, элемент 15 ИЛИ записи, В -триггер 16 управления, элемент 17 И, В -триггер 18 ошибки, регистр 19, В -триггер 20 бло кировки и блок 21 сравнения.35С соответствующими сенсорными площадками 2 соединены и "информационных входов мультиплексора 1, управляющие входы подключены к выходам основного счетчика 3, а выходы выходно го регистра 4 соединены с выходными шинами 5.Вход младшего разряда дешифратора соединен с тактовой шиной 7 и С-входом вспомогательного счетчика 8, вход второго разряда - с вы 4 ходом младшего разряда вспомогательного счетчика 8, вход старшего разряда - с выходом старшего разряда вспомогательного счетчика 8 и С-входом основного счетчика 3, первый 50 выход - с входом формирователя 9 импульсов опроса и С-входом Э -тригге-. ра 10 касания, второй выход - с первым входом элемента 11 ИЛИ предустановки, третий выход - с б -входом 5 Р -триггера 12 записи, С-входом допол нительного счетчика 13 и первым входом элемента 4 ИЛИ ошибки, а четвертый выход - с первым входомэлемента 15 ИЛИ записи, второй входкоторого подключен к прямому выходуЭ-триггера 6 управления, первомувходу элемента 17 И, С-входу:В -триггера 18 ошибки и С-входуЭ-триггера 12 записи,Э -вход которого соединен с общей шиной, а прямой выход - с С-входом регистра 19,информационные входы которого подключены к соответствующим управлякщимвходам мультиплексора 1, С-входкоторого соединен с выходом формирователя 9 импульсов опроса, а выход -с .Ь "входом Э -триггера О касания,9 -вход которого подключен к общейшине, а прямой выход - к второмувходу элемента ИЛИ 11 предустановкии второму входу элемента 14 ИЛИ ошиб-.ки, выход которого соединен с 5-входомО-триггера 18 ошибки, Р -вход которого подключен к общей шине, апрямой выход - к третьему входу элемента 5 ИЛИ записи, четвертый входкотороро соединен с инверсным выходом 3 -триггера 20 блокировки, а выход - с С-входои выходного регистра4 и С-входомР -триггера 20 блокировки, 5 -вход которого подключен к треть.ему входу элемента ИЛИ 14 ошибки иинверсному выходу Э -триггера 16управления, 3 -вход которого соединенс общей шиной, С-вход - с выходомдополнительного счетчика 13, а 5 вход - с Р -входом дополнительногосчетчика 13 и выходом элемента 11ИЛИ предустановки, третий вход ко"торого подключен к выходу элемента17 И, второй вход которого соединенс четвертым выходом элемента 4 ИЛИошибки и выходом блока 21 сравнениякодов, первые входы которого подключены к соответствующим выходамсчетчика 3, а вторые входы - к соответсвующим выходам регистра 19 исоответствующим информационным входам выходного регистра 4. Работа сенсорного переключателя построена по циклическому принципу. Цикл состоит иэ и строк. Строка состоит иэ 8 тактов. Длительность такта Т равна периоду следования тактовых импульсов, поступающих по тактовой шине 7. В каждой строке опрашивается одна сенсорная площадка 2, а опрос всех площадок 2 происходит в течейие цикла. Управляющие сигналы, необхо" днмые для работы сенсорного переклв 1092725чателя по циклическому принципуФармируются основным и вспомогательнымсчетчиками 3, 8 и дешифратором 6,При этом коэффициент пересчета основного счетчика З-п, а коэффициент 5пересчета вспомогательного счетчика8-4, они определяют соответственночисло опрашиваемых сенсорных площадок2 и количество тактов в исходной строке. 10Рассмотрим формирование управляющих сигналов. Положительные тактовыеимпульсы (фиг,2 О) с длительностьюТ/2 и периодом Т поступают по тактовой шине 7 на С-вход вспомогательного 5счетчика 8. Кроме того, эти же импульсы (фиг.2 4 ) и импульсы с выходовмладшего (Фиг.26) и старшего (Фиг.2 В)разрядов вспомогательного счетчика 8поступают на управляющие входы. дешиф - 20ратора 6. На выходах дешифратора бформируются четыре последовательностиимпульсов (фиг.21 д, е,и фиг,Зс 1,6,В, ъ)отрицательной полярности с длительностью Т/2 и периодом 4 Т, сдвинутые друг относительно друга на времяТ. Управляющие импульсы на первомвыходе (Фиг.2 1 и Зс) дешифратора 6формируются в первом такте строки,импульсы на втором выходе (Фиг.2 д и З 0ЗБ ) дешифратора 6 - в третьем тактестроки, импульсы на третьем выходе(фиг.2 е и 3 в 1 дешифратора 6 - в пятомтакте строки, а импульсы на четвертомвыходе (фиг.2 х и 3) дешифратора бв седьмом такте строки,Последовательно со вспомогательнымсчетчиком 8 включен основной счетчик3. Последовательное изменение состаяний выходов основного счетчика 3 при" 40водит к поочередному опросу информационных входов мультиплексора 1,соединенных с соответствующими сенсорными площадками 2. За и строк опрашивают все сенсорные площадки 2 переклю чателя. Сенсорный переключатель имеет три характерных режима функционирования: функционирование при отсутствии каса 50 ния площадок 2 сенсорного поля; функционирование при касании одной площад. ки 2 сенсорного поля; функционирование при непреднамеренном касании двух или большего числа площадок сенсорно-.55 го поля.Рассмотрим роботу сенсорного переключателя в этих режимах. В первом такте каждой строки управляющие импульсы отрицательной полярности (фиг 2 ъ и Зц) с первого выхода дешифратора б поступают на С-вход Р -триггера 10 касания и вход формирователя 9 импульсов опроса. На выходе формирователя 9 по положительному фронту управляющих импульсов формируются короткие импульсы опроса ( фи г . 2 5 и 3 д ) отрицательной полярности, которые поступают на стробирующий С-вход мультиплексора 1 и при отсутствии касания площадок 2 сенсорного поля проходят на его, выход в виде импульсов той же полярности, например в - )-й строке на Фиг.2 и и 3 е, С выхода мультиплексора 1 импульсы поступают на 5 -вход Д -триггера 10 касания, При этом Р -триггер касания вначале положительным фронтом управляющего импульса (фиг.2 ч.и Зс устанавливается в "нулевое" состояние например в (1-1) -й строке на фиг.2 к и 3 Ж , а затем тут же возвращается . в исходное "единичное" состояние импульсом отрицательной полярности (фиг.2 и и Зе) с выхода мультиплексора 1. На выходе Д -триггера 10 касания формируются импульсы отрицательной полярности, например в (1-1) -й строке на фиг.2 к и 3 ж , обусловленные суммарной задержкой распространения сигнала в формирователе 9 импульсов опроса и мультиплексоре 1. Однако длительность этих импульсов значительно меньше Т/2 и уровень "1" с прямого выхода 3 -триггера 10 касания блокирует элементы 11, 14 ИЛИ предустановки и ошибки в последующих тактах данной строки . На выходах элементов 11, 14 ИЛИ предустановки (фиг.2 м и Зи) и ошибки (фиг.2 т и 3 и) в этих тактах присутствует уровень 1н 11 Б пятом такте строки управляющие импульсы отрицательной полярности ( фиг. 2 е и 3 ц ) с третьего выхода дешифратора 6 поступают на 5 -вход Э-триггера 12 записи и С-вход дополнительного счетчика 13, Первый же из этих импульсов после включения источника питания устанавливает 3 -триггер 12 записи в "единичное" состояние. Последующие импульсы только подтверждают это состояние Э -триггера 12 записи, На прямом выходе -триг: гера 12 записи ( Фиг.2 р и 3 н ) присутствует уровень "1" . После включения источника питания управляющие импульсы с третьего выхода дешифратора 6В третьем такте 1 -й строки управ-. ляющий импульс отрицательной полярнос- ти (фиг.23) со второго выхода дешифратора 6. проходит на выход элемента 11 ИЛИ предустановки (фиг.2 м), сбрасы-. вая в "нулевое" состояние триггеры дополнительного счетчика 3 (фиг.2 Н) и устанавливая в "единичное" состояние 3 -триггер 16 управления (фиг.20,п), Положительный перепад напряжения с прямого выхода 3 -триггера 16 управ" ления (фиг.2 о) устанавливает в "нулевое" состояние 1) -триггеры 12, 18 записи (фиг.2 р) и ошибки (фиг,2), Уровень "1" с прямого выхода Э -триггера 16 управления (фиг.2 о ) открывает элемент 17 (фиг.2 л) и блокирует по одному из входов элемент 15 ИЛИ записи, Уровень "0" с инверсного выхода Э-триггера 6 управления (Фиг.2 й) деблокирует элемент 14 ИЛИ ошибки и устанавливает в "единичное" состояние 3 -триггер 20 блокировки (фиг.2 Ф). Уровень "О" с прямого выхода 3 -триггера 12 записи (фиг.2 р) производит перезапись двоичного кода номера )-й касаемой площадки 2 сенсорного поля из основного счетчика 3 в ре-. гистр 19. При этом в 1-й строке каждого последующего цикла на входы блока 21 сравнения кодов поступают одинаковые коды, а на выходе блока 21 присутствует уровень "1" (фиг.2 с). Этот уровень поступает на вход элемента 17 И, он открывается 4 уровень "1" с его выхода (фиг.2 л) блокирует 1092725 подсчитываются дополнительным счетчиком 13 емкостью М . При заполнении дополнительного счетчика до величины Й/2 = пК положительный перепад с его выходафиг.2 н и Зк ) устанавливает Э-триггер 16 управления в "нулевое" сотояние. Уровень "0" с прямого выхода В -триггера 1 б управления (фиг.20 и Зл) закрывает элемент , 17 И. На его выходе (фиг,2 Л и 33) 10 также устанавливается уровень "0". Уровень "1" с инверсного выхода 3-триггера 16 управления ( фиг,2 й и Зм ) дополнительно блокирует элемент 14 ИЛИ ошибки . В дальнейшем дополнительный счетчик 13 продолжает считать управляющие импульсы, поступающие на его С-вход в пятом такте каждой стро-. ки. Однако положительные перепады с его выхода только подтверждают "ну-левое" состояние 2 -триггера 16 управ-. ления.В седьмом такте строки управляющие импульсы отрицательной полярности фиг.2 ж и 3) с четвертого выхода дешифратора б поступают на вход элемента 5 ИЛИ записи. Поскольку при включении источника питания Э -триггеры 8, 20 ошибки и блокировки могут установиться в произвольное состояние, возможны два случая, В первом 3-триггер 18 ошибки устанавливается . в "нулевое" состояние, а Э "триггер 20 блокировки - в "единичное". С прямого выхода 3 -триггера 18 ошибки и инверсного выхода Э -триггера 2035 блокировки на элемент 15 ИЛИ записи поступают уровни "0". Такой же уровень поступает на элемент 15 ИЛИ записи с прямого выхода Э -триггера 16 управления. При этом первый же управляющий импульс, пройдя через логический элемент 15 ИЛИ записи, положительным фронтом установит Э - триггер 20 блокировки в "нулевое"45 состояние. На инверсном выходе 2-триг . гера 20 блокировки появляется уровень "1" и блокирует элемент 15 ИЛИ записи, Следующие управляющие импуль-. сы через элемент 15 ИЛИ записи не проходят. Во втором случае Р -тригге-,.50 ры 18, 20 ошибки и блокировки устанав-. ливаются в такие состояния, при которых первый или второй, или оба одновременно блокируют элемент 15 ИЛИ записи. Таким образом, при отсутствии касания сенсорных площадок 2 двоичный код на выходных шинах 5 не изменяется. При касании какой-либо одной, на-.пример 1 -й, площадки 2 сенсорного поля к монтажной емкости этой клощадки 2 и емкости 1-го информационноговхода мультиплексора 1 добавляетсяемкость тела оператора, Суммарнаяемкость не успевает зарядиться доуровня "1" за время действия короткого импульса опроса (фиг.2 ю) и в 1-й строке каждого цикла импульсы навыход ( фиг.2 и) мультиплексора 1 непроходят. При этом в первом такте)-й строки управляющий импульс (фиг.2 О с первого выхода дешифратора 6устанавливает Р- триггер 10 касанияв "нулевое" состояние, в котором он и остается до конца первого тактаследующей строки, Уровень "0" с прямого выхода ) -триггера 10 касания9 092725 Огэлемент 11 ИЛИ предустановки Фиг.2 м) касании двух, например 1-й и (+1)-йУровень с выхода блока 2 сравне- площадок 2 сенсорного поля, В этомния кодов (фиг.2 с) поступает на случае в следующей за моментом каса"вход элемента 4 ИЛИ ошибки и блокиру- ния, например-й, строке циклает его. Уровень "0" с инверсного переключатель работает аналогичновыхода ) -триггера. 20 блокировки указанному, Устанавливается в "нуле"(фиг,2 Ф) деблокирует по одному иэ вое" состояние 0 -триггер 10 касаниявходов элемент 15 ИЛИ записи. (фиг,З) сбрасываются в "нулевое"В пятом такте )-й строки управ- состояние дополнительный счетчикления импульс (фиг,2 е) с третьего )О 13 (Фиг,Зк), устанавливается в едивыхода дешифратора б устанавливает ничное состояние 3 -триггер 16 уп 3 -триггер 12 записи в "единичное" равления (фиг.Зл м) двоичный кодсостояние. На выход элемента 14 ИЛИ номера -й касаемой площадки 2 сеношибки управляющий импульс не прохо - сорного поля переписывается издит, так как он заблокирован уровнем 5 основного счетчика 3 в регистр 19 и,"1 с выхода блока 21 (фиг.2 Е) В наконец, 1) -триггер 18 ошибки (фиг.Зр)йаждой строке зти же управляющие импу- устанавливается в "нулевое", а дльсы с третьего выхода дешифратора триггер 20 блокировки (фиг.2 с) - вЬ поступают также иа С-вход дополни- единичное состояние,тельного счетчика 13 и подсчитыва В первом такте ( + )-й строкиются им. этого же цикла управляющий импульсВ седьмом такте -й строки управ- ( фиг,З М ) с первого выхода дешифраляющий импульс (Фиг. 2 х ) с четвертого тора 6 подтверждает "нулевое сосвыхода дешифратора 6 поступает натояние 3 -триггера 10 касания (фиг.ЗФ).вход элемента ,15 ИЛИ записи . Однако 25 Уровень 0 с прямого выхода Э -три гма выход этого элемента ( фиг . 2 к ) он гера0 касания ( Фи г . 3 ж ) открываетне проходит , так как элемент ИЛИ 1 5 элементы1 , 1 4 ИЛИ предустановки из аписи заблокирован уровнем " 1 " с ошибки в последукицих тактах даннойпрямого выхода 3 -триггера 16 управле - строки В ( +1)-й строке на выходахиия (фиг,2 0 ). основного счетчика 3 присутствует1 двоичный код числа (+ . На выхо ахрегистра 19 присутствует записанныйсорный переключатель при касании -йв -й строке двоичный код числаПри этом в (1 +1) -й строке на выходеблока 21 сравнения ко ов овень "Ос момента касания 1-й площадки 2 на 35 Р е ия кодов уровень Офиг.За). Этот уровень поступает наС-вход дополнительного счетчика 13 с (фвход элемента 7 И, он закрывается итретьего выхода дешифратора 6 постуСтарший разряд дополнительного счетблокирует элемент 11 ИЛИ и едустару е ИЛИ предустачика 13 устанавливается в "единичное" 40Р того, уровень 0 (жг.3 оъ.,новки.Е оме тогс выхода блока 21 сравнения кодов де"блокирует элемент 14 ИЛИ ошибки.перепад с его прямого выхода устано- -триг"О" с прямого выхода 3-триггера 16 45 лярности (фиг.35) с второго выходауправления (фиг.2 о) деблокирует эле дешифратора 6 проходит на выход элемент 15 ИЛИ записи и управляющий мента 11 ИЛИ предустановки ( фиг.ЗИ),импульс (фиг.2 ж ) в седьмом тактесб асывая в "н евэтой же строки проходит через эле- ельныи счетчик 13 (фиг.Зк) иполнительный счетчик 1мент 15 ИЛИ записи (фиг.2 х) на С-вход 50 подтверждая "единичное" состояниевыходного регистра 4. двоичный код Э-триггера 16 управления (фиг.Зл,м ),номера -й касаемой площадки 2 сен- Й триггер 12 записи (фиг.ЗН) остаетсясорного поля переписывается из рев "единичном" состоянии. Пе езапись"еди м" состоянии. Перезаписьгистра 19 в выходной регистр 4 Дво двоичного кода числа (+1) из основичный код номера 1-а сенсорной площад 45 ного счетчика 3 в регистр 19 не проки 2 появляется на выходных шинах 5.изводится,Рассмотрим теперь работу сенсорно-В пятом такте +) -й строки упго переключателя при непреднамеренном равляниций импульс (фиг.З 8) с треть11 109272 его выхода дешифратора 6 подтверждает "единичное" состояние ) -триггера 12 записи (фиг.ЗН), увеличивает на единицу содержимое дополнительного счетчика 13 и, проходя через открытый элемент 14 ИЛИ ошибки фиг.Зп), устанавливает в единичное" состояние 3-триггер 18 ошибки (фиг.З р). Уровень "1" с прямого выхода этого триггера (фиг.З р) блокирует элемент 15 О ИЛИ записи.В седьмом такте (+1)-й строки управляющий импульс фиг.31,)с четвертого дешифратора 6 поступает на вход элемента 15 ИЛИ записи. Однако на вы 5 ход этого элемента (фиг.Зт)он не проходит, так как он заблокирован. Перезапись кода из регистра 19 в выходной регистр 4 не производится. Двоичный код на выходных шинах 5 не 2 О изменяется. Аналогичным образом работает сенсорный переключатель и при не преднамеренном касании трех, четырех и большего числа площадок 2 сенсорно" го поля. 25Таким образом в момент касания какой-либо площадки 2 сенсорного поля переключателя запускается блок, содержащий дополнительный счетчик 13 и 3 -триггер 16 управления. Дополнительный счетчик 13 отсчитывает К циклов, в течение которых проверяется имеется ли касание других площадок 2 сенсорного поля. Если в течение К циклов, т.е. в течение интервала35 времени 4 ЬТК, зафиксировано касание только одной площадки 2 сенсорного во ля, то двоичный код номера касаемой: площадки 2 переписывается из регистра 19 в выходной регистр 4 и по О ступает на выходные шины 5. Если зификсировано касание двух или большего числа площадок 2, то перезапись 5 12из регистра 19 в выходной регистр 4 не производится, код на выходных шинах 5 остается неизменным. При этом интервал времени 4 пТК, очевидно, должен на длительность цикла 4 пТ превышать время переходного процесса прн касании 1 к н в то же время быть не настолько большим, чтобы оператором ощущалась задержка 1 Р момента сра батывания сенсорного переключателя по сравнению с моментом касания сенсбрной площадки, т.е.+Фп 7 (4 АНТКФ,Преобразовывая), получаем соотношение для выбора значения К:Ф,- + 1(К( - 2.)4 ьТ 4 о 7 Введение в сенсорный переключательблока сравнения кодов, Ц -триггеровблокировки, касания, ошибки и управления, элементов ИЛИ записи, ошибки,н предустановки, формирователя импульссов опроса, дополнительного и вспомогательного счетчиков обеспечивает повышение надежности его функционирования,Действительно, в новое состояние,характеризующееся новым кодом на еговыходных шинах, сенсорный переключатель переходит только при условиикасания одной площадки, что приплотной компоновке сенсорного поляможет быть результатом целеустремленного воздействия, Это позволяетзначительно повысить надежность хранения состояния сенсорного переключа-.теля, что делает возможным использование его в пультах управления ответственных объектов, случайное изменение состояния которых недопусти 1092725