Устройство для ввода информации

)ельстК 11/ьство3/02 ево СССРО, 1984СССР1985 те6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЧИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21 ) 4404420/ (22) 05.04.88 (46) 07 01.90 (72) В.М.Кисе (53) 681.327, (56) Авторско И 1282169 клАвторское Г" 1267400, кл(54) УстРойства /тля вводА цндоРМАции (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода в ЭВМ графической и символь 2 ной информации, 1 ель из упрощение устройства, У держит матрицу 1 коммут ментов, по сторонам кот жены соответственно пер 3, третья 4 и четвертая водов, первый блок усил второй блок усилителей 9, генератор 1 О импульс блок пороговых элементо блок пороговых элементо тор 13 высокочастотных первый блок емкостных э второй блок емкостных з 2 з,п,ф-лы, 7 ил. обретениястройство соационных элеорой располовая 2, вторая5 группы выителей 6,7, ключи 8 иов, первыйв 11, второйв 12, генераколебаний,лементов 14,лементов 15.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и можетбыть использовано для считывания иввода в ЗВИ графической и символьнойинФормации,Целью изобретения является упрощение устройства,На фиг.1 изображена блок-схемаустройства, на Фиг,2 - квадратнаяматрица с изображением символов, вводимых с помощью устройства на фиг,3 матрица коммутационных элементов, выполненная в виде многослойной печатной платы (ИПП), сечение; на Фиг.чпервый слой ИПП; на Фиг,5 - второйслой МПП; на фиг,6 - третий слой ИПП,на фиг.7 - четвертый слой ИПП (нумерация слоев ИПП представлена в верхнем правом углу каждого слоя),Устройство (фиг.1) содержит матрицу 1 коммутационных элементов, вы"полненную в виде ИПП; по сторонам которой расположены соответственно первая 2, вторая 3, третья ч и четвертая 5 группы, первый б и второй 7блоки усилителей, ключи 8 и 9, генератор 10 импульсов, первый 11 и второй 12 блоки пороговых элементов, генератор 13 высокочастотных колебаний,первый 1 ч и второй 15 блоки емкостных элементовНа Фиг.1 обозначены клемма 16 источника питания соответственно выходы 17 и 18 блоков 11 и 12 пороговых элементов и выходы 19 и 20 признаков абсциссы и ордичаты.Выходы 17 и 18 блоков 11 и 12 подключены к информационным входам коммутатора 21, управляющий вход которого соединен с одним иэ выходов генератора 10 импульсов, а выходы подключены к информационным входам дешифратора 22, выходы 23 которого являются информационными выходами устройства,Выводы первой группы 2, соединенные между, собой, подкгючены к выходуключа 9, выводы третьей группы ч соединенные между собой и подключенык выходу ключа 8. Аналогичные входыключей 8 и 9 соединены с клеммой 16источника питания, который представляет собой источник постоянного напряжения.Генератор 10 импульсов представляет собой парафаэный генератор прямоугольных импульсов, ишпульсы на выходе которого равны по длительности и противоположны по Фазе (сдвинуты на180 ) . В качестве генератора 10 можетбыть использован симметричный мульти 5вибратор с Формирующими каскадами навыходах, Прямой и инверсный выходыгенератора 10 подключены к управляющим входам ключей 8 и 9, Выходы первого блока 6 усилителей подключены кконтактным площадкам второй группы 3выводов, а выходы второго блока 7усилителей соединены с контактнымиплощадками четвертой группы 5 выводов.Управляющие входы блоков 6 и 7усилителей подключены к выходу генератора 13 высокочастотных колебанийкоторый представляет собой генераторсинусоидальных колебаний фиксированной частоты,Усилители блоков 6 и 7 могут бытьвыполнены, например по схеме с общимэмиттером, нагрузкой которых являютсяиндуктивные элементы в столбцах илистроках матрицы,Схема блока 6 (7) представлена вусловном виде, без элементов, обеспечивающих режимы работы усилительныхэлементов (резисторов и конденсаторов), поскольку схемы их выполнения30известны,Блоки 11 и 12 пороговых элементовпредназначены для сравнения уровнейсигналов на выходах усилителей блоков6 и 7 с заданным пороговым уровнем,Пороговые элементы этих блоков настроены таким образом, что в обычном состоянии, когда на спиральные индуктивные элементы матрицы планшета не оказывается никаких внешних возмущающих40 воздействий на выходах усилителейблоков 6 и 7 устанавливаются некоторые стандартные уровни сигналов, невызывающих срабатывания пороговыхэлементов блоков 11 и 12. При внешних возмущающих воздействиях на элементы матрицы уровни сигналов на выходах усилителей блоков 6 и 7 в определенных строках и столбцах матрицыдолжны измениться по отношению к50 стандартному уровню, что приводит. ксрабатыванию определенных пороговыхэлементов блоков 11 и 12, которыеФормируют на своих выходах сигналлогической единицы,55 Коммутатор 21 предназначен длякоммутации выходов 17 и 18 и передачиих на информационные входы дешифрато"ра 22, предназначенного для формиро 5 15344вания двоичного кода символа, соответствующего определенному элементуматрицы.На выходах 19 и 20 устройства формируются сигналы признаков ординатыи абсциссы (в виде уровней логическойединицы), сопровождающие код символана выходах 23.В качестве элемента считывания информации может быть использован карандаш, имеющий наконечник из магнитного материала (на Фиг,1 не показан),или палец оператора, помещаемый впозицию соответствующего символа(фиг,2).Поскольку каждая позиция может использоваться для ввода двух символов(например русского и латинского алФавитов или специальных символов),то в отдельных позициях в правом нижнем углу матрицы предусмотрены команды переключения регистра; НР - ниж"ний регистр, ВР - верхний регистр.Символы нанесены на носитель 24информации, представляющий собой пластинку из диэлектрического материала или лист бумаги квадратного формата (фиг,2 и 3). Носитель 24 информации расположен на многослойной печатной плате 25, состоящей иэ слоев 2630и 27 (первый и второй слои), диэлектрической прокладки 28 и слоев 29 и30 (третий ;". четвертый слои). Слои 26,27 29 и 30 выполнены на двустороннемфольгированном диэлектрике. 35Между контактными площадками первого и второго слоев 26 и 27 выполнены металлизированные отверстия 31,обеспечивающие электрическое соединение между центральными контактными 40площадками спиральных индуктивных эле.ментов этих слоев.Между контактными площадками третьего и четвертого слоев 29 и 30 выполнены металлизированные отверстия 4532, обеспечивающие электрическое соединение между центральными контактными площадками спиральных индуктивных элементов этих слоев,МПП изготавливают методом металлизации послойных переходных от.верстийт,е, вначале изготавливаются две двусторонние печатные платы (первая плата содержит слои 26 и 27, а втораяплата - слои 29 и 30), в которых с 55помощью фотохимического процесса выполняют металлизированные спиральныеиндуктивные элементы с контактными 526площадками (КП), затем производятсверление по центру этих КП с диаметром отверстия, меньшим диаметраКП, и гальваническим методом производят осаждение меди на стенках отверстия, цем обеспечивается электрическое соединение печатных элементов(слои 26 и 27) и отдельно слоев 29и 30. Затем эти две двусторонние платы и диэлектрическая прокладка 28 со"бираются в единый пакет путем склейки и прессования, в результате чегополучается МПП необходимой конструкции,На каждом из слоев МПП (фиг,4-7)выполнены спиральные индуктивные элементы с центральными контактными площадками и группы периферийных контактных площадок 2-5, расположенные попериметру МПП,После сборки МПП в каждом столбцематрицы спиральные индуктивные элементы первого слоя 26 включены в последовательную цепь со спиральнымииндуктивными элементами второго слоя27 через внутренние витки и соответствующие контактные площадки и металлизированные отверстия, причем в каж"дом слое соседние элементы соединяются между собой через внешние витки.При этом каждому столбцу матрицы соответствует одна результирующая индук.тивность, образованная 2 п спиральнымииндуктивными элементами. Для подключения такой индуктивности к схемеустройства используются первая 2 ивторая 3 группы контактных площадок,Аналогичным образом в каждой строке матрицы спиральные индуктивные эле.менты третьего слоя 29 включены в последовательную цепь со спиральнымииндуктивными элементами четвертогослоя 30 через знутренние витки и соот.ветствующие контактные площадки и металлизированные отверстия 32, причемв каждом слое соседние элементы соединяются между собой через внешниевитки, При этом каждой строке матрицысоответствует одна результирующая индуктивность, образованная 2 п спиральными индуктивными элементами, Дляподключения такой индуктивности ксхеме устройства используются третьяи четвертая 5 группы выводов.По существу МПП со спиральнымииндуктивными элементами образует матричную структуру с распределеннымиЬ- и С-элементами, Ь-элементы обра 153 цц 52зуются спиральными индуктивными элементаминаходящимися на пересечениистрок и столбцов матрицы, и являютсядвуслойными катушками индуктивности,С-элементы образуются эа счет межвитковых емкостей (между элементами первого и второго слоев МПП и между элементами второго и третьего слоев1"1 ПП) .10Таким образом, в коллекторной цепи каждого усилителя блоков 6 и 7 вкачестве нагрузки включены 1.С-контуры. Величина результирующей индуктивности или столбца матрицы является15достаточно стабильной величиной, поскольку спиральные индуктивные элементы выполняются печатными и имеютбольшую степень повторяемости в частигеометрического рисунка,Величина индуктивности одного спи 20рального индуктивного элемента можетбыть определена по формуле1. = 21,5 105/ Он+0х 11 1. р (---- ф),1. н - . внгде 1) - наружный диаметр спиральногоиндуктивного элемента,0 - внутренний диаметр спирального индуктивного элемента,"М - число витков,Величина результирующей распределенной емкости С в данном случае неподдается строгому математическому З 5расчету из-за разброса параметров приизготовлении МПП (толщины проводниковспирали, толщины диэлектрических прокладок и т,д,), Поскольку С составляет незначительную величину по сравнению с Ь то для стабилизации реактивной нагрузки усилителей блоков 6и 7 предлагается параллельно результирующим индуктивностям строк и столбцов матрицы подключать емкостные эле- "5менты (конденсаторы) блоков 1 ч и 15.Величина емкости этих конденсаторовподбирается такой, чтобы собственнаячастота резонансного контура, образованного этими конденсаторами и индуктивностями строк и столбцов матрицы,была равна частоте колебаний генератора 13,Устройство работает следующим образом, 55Генератор 10 импульсов, Формируяна своих выходах прямоугольные импульсы ("меандр"), сдвинутые по фазе на 180 со скважностью ( = 2, попеременно вклюцает и выклюцает ключи 8и 9 которые подключают первую 2 итретью ч группы выводов к клемме 16источника питания. Тем самым попеременно зачитываются коллекторы транзисторных усилителей токов 6 и 7 через соответствующие результирующиеиндуктивности столбцов и строк матрицы. Одновременно с этим на базы транзисторных усилителей блоков 6 ипоступает сигнал непрерывных синусоидальных колебаний от высокочастотного генератора 13. В момент эапиткиодного из блоков 6 или 7 усилителейна выходах Формируется сигнал той жечастоты, уровень которого определяется величиной нагрузки (результирующей индуктивности столбца или строки1.р и результирующей распределенной емкости С ре )Сигналы с выходов усилителей блоков 6 и 7 при отсутствии возмущающеговнешнего воздействия на элементы матрицы 1 имеют один и тот же стандартный уровень Б и и поступают на входыблоков 11 и 12 пороговых элементов.Пороговые элементы настроены такимобразом, что при наличии на их входахсигнала с уровнем Ба на их выходахФормируется сигнал логического нуля.Таким образом, в исходном состояниина выходах 17 и 18 блоков 11 и 12 устанавливается нулевой код,Считывание символов может осуществляться либо карандашом с наконечником их магнитомягкого материала, либопальцем.Оператор помещает указанный карандаш или палец в нужную позицию (туда,где расположен соответствующий символ, Фиг.2). При этом в первом случае(считывание карандашом) индуктивностьспиральных элементов, расположенныхпод позицией этого символа, возрастает, а следовательно, возрастет и результирующая индуктивность для данныхстрок и столбца матрицы, цто приводитк возрастанию реактивного сопротивления в коллекторной цепи соответствующих усилителей блоков 6 и 7 иизменению уровня сигнала на выходахэтих усилителей по отношению к уровню 11 ст .Соответствующие пороговые элементыблоков 11 и 12 Формируют на своих выходах сигнал логической единицы, т,е.на выходах 17 Формируется позиционный9 1 У 1 код Оа на выходах 18 - позиционный .код Х О данного символа. Поскольку запитка коллекторных цепей усилителей блоков 6 иосуществляется попеременно, то и коды Х,о и5 У на выходах 1 и 18 появляютсяпопеременно.Сигналы Х , и У по, поступаютна информационные входы коммутатора 1021, который попеременно передает ихна свой выход с помощью управляющегосигнала, поступающего с одного из выходов генератора 10 импульсов, Приналичии на этом выходе сигнала логического нуля передается код Х апри. наличии сигнала логической единицы - код Уо .Указанные коды преобразуются дешифратором 22 в код меньшей разрядности и поступают на выход 23 устройства.Одновременно с этим по выходам 19и 20 передаются сигналы признаковабсциссы на ординаты данного символа, 25что дает полную информацию о вводимом символе.Если считывание символов происходит с помощью пальца, то матрица работает как сенсорное устройство ввода. З 0В этом случае палец оператора изменяет результирующую распределеннуюемкость С ра соответствующего столбцаи строки матрицы, что также приводитк изменению уровня сигнала на выходахсоответствующих усилителей блоков 6и 7. В остальном работа устройствапроисходит аналогично описанному процессу,При использовании блоков 11 и 1540емкостных элементов, подключенныхпараллельно индуктивностям строк истолбцов матрицы, в исходном состоянии уровень сигнала с коллекторовтранзисторов усилителей блоков 6 и 7определяется только активной состав. 45ляющей суммарного сопротивления индуктивных элементов строк и столбцовматрицы, поскольку при резонансе реактивная составляющая сопротивлениядля колебательного контура равна ну"лю. Поэтому уровни сигналов, снимае. мых с выходов блоков 6 и 7 усилителей, относительно небольшие,При введении в зону символа карандаша с наконечником из магнитомягкого материала изменяется индуктивностьспиральных индуктивных элементов, на.ходящихся в соответствующей строке и столбце матрицы, условие резонансане выполняется и возрастает реактивная составляющая сопротивления нагрузки соответствующих усилителей,в результате чего сигналы на выходахэтих усилителей резко возрастают исрабатывают определенные пороговыеэлементы блоков 11 и 12,При считывании символов с помощьюпальца изменяется результирующая емкость контура добротность его снижается ,так как возрастают потери), условие резонанса выполняется, что также приводит к возрастанию уровнейсигналов на выходах соответствующихусилителей, это фиксируется пороговыми элементами блоков 11 и 12.Устройство может быть использовано и для считывания и ввода графичес"кой информации, В этом случае геометрические размеры спиралей и контактных площадок могут быть уменьшены дотребуемой величины шага дискретизации,Формула изобретения1. Устройство для ввода информации, содержащее матрицу коммутационных элементов, первый и второй блоки усилителей, генератор импульсов, коммутатор и дешифратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит генератор высокочастотных колебаний, ключи, первый и второй блоки пороговых элементов выходы которых подключены к информационным входам коммутатора, выходы которого соединены с входами дешифратора, выходы которого являются информационными выходами устройства выходами признаков столбцов и строк матрицы которого являются прямой и инверсный выходы генератора импульсов, которые подключены к управляющим входам ключей, аналоговые входы которых соединены с источником питания, а выходы - с первой и третьей группами выводов матрицы коммутацион" ных элементов, вторая и четвертая группы выводов которой подключены соответственно к выходам первого и вто" рого блоков усилителей, управляющие входы которых соединены с выходом генератора высокочастотных колебаний, выходы блоков усилителей подключены соответственно к входам первого и второго блоков пороговых элементов, 153 М 52а управляющий вход коммутатора - с одним из выходов генератора импульсов.2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что матрица комму 5 тационных элементов выполнена в виде многослойной печатной платы, на каждом слое которой нанесены плоские спиральные индуктивные элементы, рас 10 положенные по столбцам и строкам, в центре каждого спирального индуктивного элемента расположена контактная площадка, соединенная с внутренним витком спирального индуктивного элемента, в первом слое многослойной печатной платы в каждоч столбце матрицы .внешние витки первых и последних спиральных индуктивных элементов яв" ляются соответственно первой и второй группами выводов матрицы, внешний виток каждого четного спирального индуктивного элемента с второго по (и)-й соединен с внешним витком смежного нечетного спирального индук тивного элемента с третьего по (и)-й элемент в столбце, во втором слое многослойной печатной платы в каждом столбце матрицы внешний виток каждого нечетного спирального индуктивного элемента с первого по (п)-й в столбце соединен с внешним витком смежного четного спирального индуктивного элемента с второго по и-й в столбце, в третьем слое многослойной печатной платы в каждой строке матри- З 5 цы внешние витки первых и последних спиральных индуктивных элементов являются соответственно третьей и четвертой группами выводов матрицы, внешний виток каждого четного спирально го индуктивного элемента с второгопо (и)-й элемент соединен с внешним витком смежного нечетного спирального индуктивного элемента с третьего по (и) -й элемент в строке,в четвертом слое многослойной печатной платы в каждой строке матрицывнешний виток каждого нечетного спирального индуктивного элемента спервого по (и)-й в строке соединенс внешним витком смежного четногоэлемента с второго по и-й в строке,в каждом столбце матрицы первого ивторого слоев многослойной печатнойплаты направление закрутки нечетныхспиральных элементов от центра элементов противоположно направлению закрутки четных спиральных элементов,в контактных площадках первого и второго слоев и в контактных площадкахтретьего и четвертого слоев многослойной печатной платы выполнены металлизированные отверСтия, а междувторым и третьим слоями многослойнойпечатной платы установлена диэлектрическая прокладка.3. Устройство по, пп,1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно содержит первый и второй блоки емкостных элементов, первая группа выводовматрицы коммутационных элементов подключена к общей шине первого блокаемкостных элементов, входы которогосоединены с выходами первого блокаусилителей, третья группа выводовматрицы коммутационных элементов подключена к общей шине второго блокаемкостных элементов, входы которогосоединены с выходами второго блокаусилителей,15352 Фиг 7Составитель А,Видякинор О.Орковецкая Техред М,Дидьп Корректор М,Максимишинец аказ 4 аж 559 ИПИ Госуда оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,10 твенного комитета по 113035, Москва, Жзобретениям Рауиская н писноеоткрытиям при ГКНТ СССРд. 415