Устройство для считывания графической информации

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 8 У 983731(51) М. Кл,С 06 К 11/06 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Э.Н.Леонович, Н.И,Парамонова и Л.В.Игнатьева Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОР МАЦИ И 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, содер" жащее 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 формированияэталонных импульсов, токовым входом связанного с объединенными выходами координатных шин планшета, ауправляющим входом - со счетчикомточного отсчета, причем выход указанного блока соединен с одним извходов схемы сравнения. Блок форсирования эталонных импульсов содержитгруппу прямолинейных проводников,уложенных с шагом точного отсчета,коммутатор указанных проводников иэталонный датчик, постоянно зафиксированный и индуктивно связанный с 20 группой прямолинейных проводников,при этом эталонный датчик через усилитель подсоединен к выходу блокаФормирования эталонных импульсов.3 98Код младших разрядов определяетсяпутем последовательного опроса группы прямолинейных проводников блокаформирования эталонных импульсов иих подсчета до момента равенства амплитуды сигнала съемника координати амплитуды сигнала эталонного дат"чика, Таким образом, код каждой изкоординат, соответствующий положению центра съемника относительно начала координат рабочего поля, складывается из кода, соответствующегоколичеству опрошенных шин до момента появления в съемнике индуктированного сигнала (старшие разряды) икода, соответствующего удалению съемника от последней возбужденной координатной шины (младшие разряды)11,Недостатками этого устройстваявляются относительно ограниченнаяточность измерения координат, вызванная механическими ограничениями наплотность укладки прямолинейных проводников блока формирования эталонных импульсов взаимным искажениеммагнитного поля этих проводников приплотной их укладке, а также большойобъем оборудования для коммутацииуказанных эталонных проводников,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство содержащее планшет с ортогональными координатнымишинами подключенными к коммутаторам, соединенным с распределителемимпульсов, счетчики, съемник координат, соединенный с усилителем, подключенным к аналого-цифровому преобразователю, интерполятор, элементыИ, ИЛИ и генераторы импульсов 1 21,Однако известное устройство отличается недостаточно высокой точностью,Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащеепланшет, выполненный в виде системыдвух взаимно ортогональнйх 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 ивторым счетчиками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и к аналого-циф 3731 4 10 15 третий генератор импульсов, делитель напряжения, другой вход которого соединен с первым усилителем, иумножитель, другой вход которогоподключен к второму усилителю, а выход соединен с блоком памяти, приэтом входы интерполятора подключенык дешифратору и к элементу задерж ки, а выходы соединены с входамиэлемента ИЛИ и второго счетчика.На фиг. 1 приведена амплитуднопространственная характеристика (АПХ)измерительной системы устройства;на фиг. 2 - блок-схема алгоритмавычисления. на фиг. 3 - функциональная схема устройсгва,1 35 40 45 50 55 ровому преобразователю, а выход соединен с входом третьего счетчика,) подключенного к распределителю импульсов, датчик импульсов, соединенный с первым усилителем, дешифра-тор, вход которого подключен к выходу второГо счетчика, второй усилитель, вход которого соединен с съемником координат, а выход подключенк входу элемента ИЛИ и к входу элемента звдержки выход которого соединен с одними входами элементов Игруппы, другие входы которых подключены к второму счетчику, а выходы соединены с интерполятором, введены последовательно соединенные В состав устройства входит планшет 1 с двумя системами взаимно ортогональных координатных шин, съемник 2 координат, коммутаторы 3 и 4, дешифратор 5 датчик 6 импульсов, первый 7 и второй 8 усилители, блок 9 амплитудной коррекции, блок 10 памяти, аналого-цифровой преобразователь 11, первый 12 и второй 13 счетчики, элементы И 14 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 19 содержит третий генератор 22 импульсов делитель 23 напряжения и умножитель 24. 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 34 выбора кода, элемент ИЛИ 35, элемент И 36, счетчик 37, оаспределитель 38 импульсов, элемент9837И 39 элемент И 40, счетчик 41, распределитель 42 импульсов, элементИЛИ 43, распределитель 44 кодов,элемент И 45, регистр 46, блок 47выбора кодов, регистр 48, блок 49вентилей переноса, сумматор 50, распределитель 51 кодов, регйстры 52и 53 и схемы сдвига 54.и 55.Устройство работает следующим об -разом.После установки визирного перекрестия съемника 2 в считываемуюточку оператор запускает схему оп-.роса координатных шин планшета 1 сигналом "Пуск", По этому сигналу генератор 19 импульсов устанавливаетсчетчик 21 в единичное состояние,которое разрешает прохождение импульсов генератора 17 на первый выход распределителя 18 импульсов. При 20этом запускается коммутатор 4, осуществляющий поочередную коммутациюи возбуждение координатных шин,Эти же импульсы генератора 17поступают на счетный вход счетчика 2512 шин, где формируется "грубый"отсчет координаты. Поступление импульсов происходит до тех пор, покане возбудится ближайшая к съемнику2 координат шина и на выходе усилителя 8 не появится сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 20 на счетныйвход счетчика 21 и запрещающий прохождение импульсов генератора на первый выход распределителя. Импульсы З 5генератора 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 11поступит скорректированный с учетомразброса импульсов тока опроса шинсигнал со: съемника координат, Коррекция последнего осуществляется вблоке 9,. который имеет генератор 22опорных 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 23формируется сигнал, пропорциональ 55ный отношению. Этот сигнал поступаетна вход умножителя 24 аналоговых сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с усилителя 8, Сигнал 31 6на выходе умножителя пропорционален произведению двух сигналовИо р /Ц,о с Таким образом, во сколько раэ опорный сигнал с генератора 22 отличается от сигнала с датчика 6 импульсов, во столько же раэ 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 АЦН 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 опреде" ление истинного расстояния от последней опрошенной шины до центра съемника осуществляется в интерполяторе 25 методом обратной сплайнинтерполяции. Метод сплайн-интерполяции выбран потому, что он может обес" печить 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 14 группы по сигналу с выхода элемента 16 задержки записывается код измеренной величины сигнала со съем- ника 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 последовательность импульсов генератора 26, поступающая на входы элементов И 36 и 40 а также на входы распределителеи 38 и 42 импульсов.При выполнении операции типа сложения разрешающие сигналы с одного из98373 1 О 15 дешифратором 32, соответствующегочисла, по второму сигналу осуществля 30 35 45 выходов первой группы выходов, разрешающих выполнение команд, сложениядешифратора 31 присутствуют на выходе элемента И 40 а при выполнении операции умножения - на входе элемен-:та И 36, При выполнении первой операции типа сложения (фиг. 2) импульсы генератора 26 через элемент И 40 поступают на вход счетчика 41, который задает цикл сложения, состоящийиз пяти тактов При этом пятый импульс с выходасчетчика 41, поступая на вход счетчика 30 операцийчерез элемент ИЛИ 29, устанавливаетего в следующее состояние, запрещающее поступление импульсов генератора на счетчик 41, который при этом устанавливается в начальное состояние. Во время выполнения тактов первой операции по первому сигналу с выхода распределителя 42 импульсов осуществляется с помощью блока 34 выбор из блока 33 по адресу, определяемому ется запись этого числа в сумматор50, Адрес записи определяется состоянием дешифратора 32, чье состояниев свою очередь, определяется состоянием дешифратора 31 операции и состоянием дешифратора 5, который дешифрует состояние счетчика: 13. В счетчике 13 считается число - текущий номер интервала, в котором производится измерение,Третий и четвертый сигналы, аналогично первому и второму, осуществляют выбор второго числа из памяти и запись его в регистр 48. По пятому сигналу осуществляется передача содержимого регистра 48 в дополнительном коде через блок 49 вентилей в сумматор 50. Полученный при этом результат по сигналу с элемента И 45 записывается в регистр 46.Операция сложения на этом заканчивается, счетчик 30 устанавливается в следующее состояние, при котором появляется разрешающий сигнал на одном из выходов второй группы выходов (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 имп,пьсом распределителя 38 импуль 40 50 55 1 8сов осуществляется выбор из регистра 46 с помощью элемента ИЛИ 35 иблока 34 соответствующего кода числа Х. Вторым сигналом осуществляется запись его в регистр 48 множимого и регистр 52 множителя черезэлемент ИЛИ 43 и распределитель 44кодов, Регистр 52 и сумматор 50 имеют схемы 54 и 55 сдвига вправо. Последовательность работы схемы далееопределяется состоянием младшегоразряда на выходе регистра 52. Еслив 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 третьего выхода распределителя 38 черезэлемент И 39 на вход блока 49 вентилей переноса, при этом к сумме частичных произведений добавляетсямножимое. Далее импульсом с четвертого выхода распределителя 38 производится сдвиг вправо в сумматоре50 и регистре 52, Если же в младшемразряде регистра 52 записан "0",то производится сдвиг без выполнения сложения,Последний импульс с выхода счетчика 37 переключит счетчик 30 операций в следующее состояние и черезэлемент И 45 запишет промежуточныйрезультат в регистр 46.Во время следующих операций аналогичным образом осуществляется умножение остальных чисел, После выполнения этих операций импульс с соответствующего выхода счетчика 30 операций добавляет единицу к содержимому счетчика 13, дешифратор приэтом дешифрует число для выборки впоследующих операциях.Последовательность выполнения операции и их количество определяетсясчетчиком 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 триггер 28, прекращая тем самым работуинтерполятора и устанавливая его вначальное состояние, и добавит единицу в счетчик 21,устанавливая егов новое состояние для определениякоординаты У точки. Результат выполнения последней операции записывается в регистр 53 и представляет собой "точный отсчет координаты мес98 Формула изобретения тоположения центра съемника координат (младшие разряды кода координаты). Код координаты Х точки определяется суммой содержимого счетчика 12 и регистра 53,Время вычисления "точного отсчета" одной координаты при реализации,предлагаемого технического решенияна микросхемах серии 155 и числе разрядов кода, равном пятнадцати, непревышает 20 мкс. Средняя скоростьручного отслеживания 1 см/с и при максимальном 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 отсчетами при достаточно большой скоростислежения.Введение новых узлов и блоков, атакже новых конструктивных связеймежду ними позволило существенноповысить точность устройства,Устройство для считывания графической информации содержащее планшет, выполненный в виде системы двух взаимноортогональных координатных шин, подключенных к соответствующим коммутаторам, входы которых соединены с первым распределителем импуль. сов, вход которого подключен к первому генератору импульсов, а выходы соединены с аналого-цифровым преобразователеи, подключенным к блоку памяти, и с первым и вторым сцетци 3731 10ками, элемент ИЛИ входы которогоподключены к второму генератору импульсов и к аналого-цифровому преобразователю а выход соединен с входом третьео счетчика, подключенного к распределителю импульсов, датчикимпульсов, соединенный с первым усилителем, дешифратор, вход которогоподключен к выходу второго счетчика,10 второй усилитель вход которого соединен с съемником координат а выходподключен к входу элемента ИЛИ и квходу элемента задержки, выход кото.рого соединен с одними входами элементов И группы, другие входы которых подключены к второму счетчику,а выходы соединены с интерполятором,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательносоединенные третий генератор импульсов, делитель напряжения другойвход которого соединен с первым уси"лителем, и умножитель, другой вход25 которого подключен к второму усили"телю, а выход соединен с блоком памяти, при этом входы интерполятораподключены к дешифратору и к элементу задержки, а выходы соединеныс входами элемента ИЛИ и второгосчетцика,Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРК 627463 кл. С 06 К 11/06, 1976.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 11 2999426, кл, 006 К 11/06,1980 (прототип), 983 Ц 1