Устройство для считывания гра-фической информации

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 21 Л 778 (21) 2647414/18-24с присоединением заявки Мо(53)М. Клз С 06 К 11/00 дарственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧс,СКОЙ ИНФОРМАЦИИИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для ввода графической информации в электронные вычйслительные машины,Известны устройства для считыванияграфической информации, содержащиепланшет, по поверхности которогораспределены две группы взаимноперпендикулярных токопроводящих рамок, соединенных с коммутаторами,которые осуществляют последовательный во времени опрос рамок токовымиимпульсами, съемник, осуществляющийсъем информации с носителя, закрепленного на планшете, блок определения поправки, соединенный со съемнииом и предназначенный для определения координаты точки, находящейсяв области между соседними рамками, 20счетчики координат, блок масштабирования, предназначенный для форми,1 ования координаты измеряемой точкив необходимом масштабе, блок управления, генератор одиночных импульсов 25и пусковую кнопку 1).Недостатком известного устройстваявляется его невысокая точность,определенная шагом концентрическихкольцевых обмоток на съемнике, 30 Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для считывания графической информации, содержащее планшет с координатными шинами, съемниккоординат, генератор синусоидальныхколебаний, выход которого подключенк одним из входов фазовых детекторов, Устройство содержит также фаэовращающие линейки, соединенныес генераторами синусоидальных колебании 2),Недостатком этого устройства является то, что при прохождении сигнала от начала фазовращающей линейкик ее концу происходит его затухание,что ухудшает линейность характеристики преобразования, так какдля линейного распределения фазысигнала между двумя соседними шинами необходима не только фазовая,но и амплитудная симметрия сигналов,воспринимаемых от шин, находящихсяпо обе стороны от зондируемой.Указанное нарушение линейности ведетк понижению точности работы устройства. Цель изобретения - повышенке точности устройства.Указанная цель достигается тем,что устройство содержит блоки формирования дискретного и кусочноаналогового сигналов и блоки определения координат, а координатныешины выполнены в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевыхобмоток с постоянной высотой и переменной шириной каждой петли вобмотках, геометрические центрыпрямоугольных обмоток отдельных группсмещены друг относительно друга посоответствующей координатной оси,причем иэ концов прямоугольных петлевых обмоток каждой группы подключенык другим входам фазовых детекторов,выходы которых соединены со входамиблоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов, выходыкоторых подключены к соответствующимвходам блоков определения координат,а выход генератора синусоидальныхколебаний подключен к съемнику координат,Кроме того, в предлагаемом устройстве каждый иэ блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов содержит ключи, развязывающий и парафазный усилители,нуль-органы, многофазный и счетный.триггеры и логический элемент ИЛИ,причем входы блоков подключены ковходам нуль-органов и первым входамодних из ключей, вторые входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы черезраэвязывающий усилитель - с первымвходом другого ключа, второй входкоторого подключен к выходу счетного триггера, а выходы через парафазный усилитель - к одному извыходов блока, другой выход которогосоединен со входом счетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого подключенык выходам многофазного триггера,входы которого соединены с выходаминуль-органов, а каждый из блоковопределения координат содержит реверсивный счетчик, преобразователькод - напряжение, компаратор знака,сумматор и источник опорного напряжения, выход которого подключенк первому входу сумматора, второйвход которого соединен с одним извходов блока и входом компараторазнака, выход которого подключен кпервому входу реверсивного счетчика,второй вход которого соединен сдругим входом блока, выход которогоподключен к выходу сумматора, третийвход которого соединен с выходомпреобразователя код - напряжение,вход которого подключен к выходуреверсивного счетчика.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2расположение трех координатныхкатушечных групп для определения одной координаты; на фиг. 3, 4 и 5 временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.Устройство (фиг.1) содержит планшет 1, съемник 2 координат, генератор 3 синусоидальных колебаний, шесть фазовых детекторов (фазочувствительных выпрямителей) 4 - 9, два блока 10 и 11 формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналов и два блока 12 и 13 определения координат. 5 10Блоки 10 и 11 предназначены для формирования дискретных и кусочно- аналоговых сигналов,ках и ау, показанных на фиг. 3 б, и выделения дискретных импульсов П,)хи 1)яу в моменты времени, когда демодулированные сигналы Псх Пгхф )ах Пу Ьу Ъ( фазовых детекторов 4 - 9 достигают. 60 65 Планшет 1 изготовлен иэ изоляционного материала, на поверхности кото рого вырезаны пазы с определеннымшагом, например равным 1/б шириныкатушки, имеющей 3 прямоугольные петлевые обмотки по координатам Х и Усоответственно. Для определения горизонтальной координаты используютсятри группы обмоток, уложенных в пазыи сдвинутых друг относительно другана 2/3 ширины катушки. Координатныекатушки имеют периодически повторяющуюся форму и для увеличения линей ности характеристики преобразованиявыполнены в виде вложенных друг вдруга прямоугольных петель. Перпендикулярно к первым уложены другиетри группы катушек для определения ЗО вертикальной координаты (фиг.2).На поверхности планшета 1 укладывается тонкий изоляционный лист,на который крепится носитель информации. Выходы координатных катуЗ 5 шек подключены ко входам фазовых детекторов 4 . - 9. Съемник 2, предназначенный для возбуждения координатных катушек, имеет форму карандаша, на оконечник которого намотанавозбуждающая катушка, записываемая 4 О током генератора 3 синусоидальныхколебаний. Кроме того, генератор 3подключен к опорным входам фазовыхдетекторов 4 - 9, которые предназначены для демодулирования наводимой 45 в координатных катушках ЭдС взаимоиндукции и подавления паразитныхсигналов извне. Зависимости демодулированных сигналов Цх, Огх Ъ (ЪП, Оу от перемещения съемника 2 5 О вдоль координаты Х и У имеют вид,показанный на фиг. 3 а для координатыХ, Показанные на фиг. З,а зависимости демодулированных сигналовот перемещения 4 х получены за счеттого, что группы координатных катушек имеют периодически пбвторяющуюсяформу (фиг. 2).нулевого уровня (на фиг. 3 а, 3 в показаны сигналы для координаты Х).Блоки 10 и 11 содержат три ключа 14 - 16, три нуль-органа 17 - 19, многофазный триггер 20, логический элемент ИЛИ 21, развязывающий усилитель 22, четвертый ключ 23, парафазный усилитель 24, счетный триггер 25.гТри ключа 14 - 16 подключают демодулированный сигнал Ц И, (Ъ фазовых детекторов 4 - б к усилителю 22, если на управляющие входы ключей 14 - 16 поступают управляющие импульсы из многофазного триггера 20 (фиг. 3 в, г, д), Нуль-органы 17 - 19 формируют высокие потенциалы при переходе изменяющихся демодулированных сигналов фазовых детекторов 4 - б через нулевые уровни. МногоФазный триггер 20 управляет работой ключей 14 - 16 и элементом ИЛИ 21. Высокий потенциал имеет только тот выход многофазного триггера 20, на соответствующий вход которого не подается короткий импульс от нуль- органов 17 - 19, Таким образом, со входом усилителя 22 соединяется та группа координатных катушек, на выходе которой сигнал переходит через нулевой уровень. Элемент ИЛИ 21 формирует дискретный выходной сигнал Ос)показанный на фиг. 3 в, в виде коротких импульсов при поступлении импульсов со входа многофазного триггера 20, а тем самым при прохождении сигнала в любой группе катушек через нулевой уровень. Усилитель 22 предназначен для развязки выходных цепей трех ключей .14 - 16 и входа четвертого ключа 23. Как видно из фиг. 3 а, чтобы получить нужную кусочно-аналоговую характеристику, показанную на фиг. 3 б, радо инвертировать отрицательные наклоны при движении слева направо, а при противоположном движении надо инвертировать положительные наклоны. Таким образом, при движении съемника 2 парафазный усилитель 24 должен менять знак коэффициента усиления после каждого дискретного импульса Щх элемента ИЛИ 21, При движении съемника 2 вправо вдоль оси Х после поступления первого дискретного импульса П(фиг. 3 в) на выходе триггера 25 со счетным входом имеется нулевой уровень 1) (фиг. 3 г); так как управляющий сигнал 0 имеет нулевой уровень, четвертый ключ 23 переводит входной сигнал к выходу, и выходной сигнал третьей группы катушек соединяется с инвертирующим входом парафазного усилителя 24. Как видно из фиг. 3 е, коэффициент усиления парафазного усилителя 24 имеет отрицательный знак, и отрицательный. наклон характеристики инвертируется в положительный. При поступлении следующего дискрет ного импульса Щ, на выходе триггера 25 со счетным входом появляетсясигнал 11 (фиг. 3 г) с положительным уровнем, который переводит четвертый ключ 23 в предыдущее положение.Таким образом, на неинвертирующийвход парафазиого усилителя 24 поступает сигнал с выхода второй группыкатушек. Коэффициент усиления парафазного усилителя 24 имеет положительный знак (фиг. 2 е), и кусочноаналоговая характеристика преобразования имеет положительный наклон.При дальнейшем передвижении съемника 5 102 вправо вдоль оси Х осуществляютсяаналоговые переключения четвертогоключа 23, Если достигнувший точкиО (фиг. 3 а) съемник 2 начинаетдвигаться влево, то в точке Ю изменяющийся выходной сигнал третьей групБлоки 12 и 13 определения координат (фиг. 1) содержат реверсивный счетчик 26, компаратор 27 знака,пы катушек равен нулю, однако много О фазный триггер 20 не меняет своегосостояния,так как нуль-орган 19 выдает высокий потенциал на те же входымногофазного триггера 20. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ, 2)дискретный сигнал Щене появляетсяи триггер 25 со счетным входом неменяет своего состояния (фиг. 3 д).На выходе парафазного усилителя24 имеется сигнал орицательной по лярности. При дальнейшем передвиже" 30 нии съемника 2 влево на выходе злсмента 21 появляется дискретный сигнал Щ, который меняет состояниетриггера 25 (фиг. 3 д), и четвсртыиключ 23 подключает выходной сигнал 35 первой группы катушек к инвертирующему входу парафазного усилителя 24.Коэффициент усиления парафазногоусилителя 24 имеет отрицательныйзнак (Фиг. 3 ж). Таким образом, ау 4 р сочно-аналоговая характеристикапреобразования имеет отрицательныенаклоны. При дальнейшем передвижении съемника 2 влево осуществляютсяаналогичные переключения четвертогоключа 23.45 Кусочно -аналоговый сигнал 0кроме информации о положении съемника 2 между позициями (то есть в интервале между двумя дискретнымиимпульсами 03, (фиг. 3 б, 3 в) несет 50 .информацию о йаправлении перемещения, амплитуда которого превышаетодну позицию. При перемещении вправоэтот сигнал имеет только положительную полярность, а при движении вле во - отрицательную.Блоки 12 и 13 предназначены дляфсрмирования аналоговых сигналов, соответствующих полномуперемещению .съемника 2 по горизонтальной и вертикальной координатам. ф Оба аналоговые сигнала 1), Оу выдаются одновременно, 805368преобразователь 28 код - напряжение, источник 29 опорного напряжения и сумматор 30. Реверсивный счетчик 26 предназначен для суммирования и вычитания дискретных импульсов Ок, Компаратор 27 знака предназначен для управления работойреверсивного счетчика 26, Преобразователь 28 код - напряжение предназначен для преобразования содержимого реверсивного счетчика 26 внапряжение. Источник 29 опорногонапряжения предназначен для формирования опорного напряжения Ц 29 . Сумматор 30 предназначен для суммирования сигналов НЮХ, Пд123устройство работает следующим 15образом.Допустим, что в момент временисъемник 2 находится н центре координат. При помощи цепи сброса реверсивный счетчик 26 и многофазныйтриггер 20 устанавливаются в исходное состояние, Таким образом, каквидно из эпюр (фиг. 4 и фиг. 5),н момент временикусочно-аналоговый сигнал равняется нулю (Фиг. 4 би фиг. 5 е), а дискретный сигнал Щх(фиг. 4. б и Фиг. 5 е) отсутствует.Так как в исходном состоянии многофазный триггер 20 имеет высокийуровень он на выходе 1 (фиг.4 ж)и тем самым переключает первый 30ключ 14, то выходной сигнал первойгруппы катушек Б)поступает на входчетвертого ключа 23. Кроме того,в исходном состоянии триггер 25имеет высокий уровень У 2 (Фиг. 4 к), 35из-за чего четвертый ключ 23 переключается на выход 1, а коэффициент усиления парафазного усилителя24 имеет положительный знак (фиг.4 л) .Как видно из эпюр (фиг. 4 з и фиг, 4 О4 и), в момент временина второми третьем выходах многофазноготриггера 20 имеются низкие уровни.При передвижении съемника 2 домомента времени 2 к неиннертирующему входу парафаэного усилителя24 подключен выходной сигнаъ первойгруппы координатных катушек. Таккак УАО, то выходной сигнал 027(фиг. 5 ж) компаратора 27 знака 50положителен. Как видно из фиг. 5 и,до момента времени 12 на выходеустройства сигнал У = ОК. В момент времени 2 выходной сигналтретьей группы координатных катушекдостигает нулевого уровня (фиг, 3 а)и индикатор нуля 19 выдает положительный импульс У 1 ц (Фиг. 4 д,Фиг. 5 г), который переводит многофазный триггер 20 в состояние, в котором на его. третьем выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий (Фиг 4 ж, з, и). Поэтому ключ 16 переключается, и навход четвертого ключа 23 поступаетсигнал из третьей группы координат ных катушек. Кроме того, ныходной сигнал 2 многофаэного триггера 20 поступает на вход элемента ИЛИ 21, на выходе которого появляется импульс Щ (Фиг, 4 е, фиг. 5 д), который поступает на вход реверсивного счетчика 26 и вход триггера со счетным входом 25, Триггер 25 опрокидывается, и на его входе появляется низкий уровень (фиг.4 к). Поэтому четвертый ключ 23 переключается, и выходной сигнал третьей группы координатных катушек подключается к конвертирующему входу парафаэного усилителя 24, коэффициент усиления которого имеет отрицательный знак (фиг, 4 л) . В момент времени 12 на выходе преобразователя 28 получается напряжение Б 2, которое суммируется с цКдХ и П 2.В момент времени 1 ныходной сиг 3нал второй группы катушек достигает нулевого уровня, и нуль-орган 18 опрокидывает многофазный триггер 20 (фиг. 4 г, ж, з, и, фиг, 5 в) в состояние, в котором на его втором выходе появляется высокий потенциал, а на остальных - низкий. При этом ключ 15 подключает выходной сигнал Б 2, второй группы координатных катушек к входу четвертого ключа 23, Кроме того, в момент вРемени С 3 элемент ИЛИ 21 выдает импульсы П д) (фиг, 4 е, фиг. 5 д), которые суммируются в реверсивном счетчике 26 и опрокидывают триггер 25 со счетным входом (фиг. 4 к), Выходной сигналО 2 триггера 25 переключает ключ 23 в предыдущее состояние и выходной сигнал 02 второй группы подключается к неиннертирующему входу парафазного усилителя 24,На выходе преобразонателя 28 код - напряжение формируется напряжение 1)2 (фиг, 5 э), которое суммируется с напряжениями Цкм и 29Полный сигнал У, соответствующий перемещению счетчика 2 вдоль оси Х, показан на Фиг. 5 и.Как видно (фиг. 4 д, фиг, 5 а) .в момент времени 15 и 4 съемник 2 меняет направление перемещения, и н момент времени д выходной, сигнал второй группыкоординатных катушек снова достигает нулевого уровня, однако многофазный триггер 20 не меняет своего состояния. Таким образом, в момент времени г 4 дискретный импульс Пр не появляется и не происходят никакие переключения. Так как аналого-кусочный сигнал П,. при дальнейшем перемещении съемника 2 становится отрицательным, то на выходе компаратора 27 знака имеется отрицательное напряжение 1)2 (Фиг.5 ж).В момент времени 1 выходнойсигнал третьей группы координатныхкатушек становится равным нулюпереключения, аналогичные переключениям в момент 12 . Таким образом,на выходе парафазного усилителя 24кусочно-аналоговый сигнал Бкду является отрицательным.В момент временинулевой уровень достигает выходной сигнал 0первой группы координатных катушек,При этом первая группа координатныхкатушек подключается к инвертирующему входу парафаэного усилителя 24и формируется полный сигнал П),Аналогичным образом определяется другая координата.Существенно, что обе координатыопределяется одновременно. Такимобразом, полное перемещение можетбыть определено путем определенияколичества дискретных шагов и суммированием с величиной перемещенияв зоне одной позиции, определяемой,по выходному кусочно-аналоговомусигналу. Причем дискретное числоимпульсов определяется суммированиемчисла импульсов, сформированныхпри положительном кусочно-аналоговомсигнале, и вычитанием числа импульсов дискретного выхода, сформированных при отрицательной полярностикусочно-аналогового сигнала,Применение блоков 10 - 13 позволяет формировать дискретный сигнал,пропорциональный целому числу шаговквантования, и кусочно-аналоговыйсигнал, пропорциональный положениюсъемника внутри шага квантования.Полученные выходные сигналы устройства, амплитуда которых являетсяпропорциональной положению съемникаотносительно выбранного центракоординат, являются аналоговыми вовсей плоскости планшета.Использование новых блоков и связей, соединенных по предлагаемойсхем%,повыщает точность преобразования графической информации.Формула изобретения1. Устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с координатными шинами, съемник координат, генератор синусоидальных колебаний, выход которого подключен к одним из входов фазовых детекторов, о т л и ч а ю щ е е с я темчто, с целью повышения точности устройства, оно содержит блоки формирования дискретного и кусочно-аналогового сигналов и блоки определения координат, а координатные шины вылнены в виде групп периодически повторяющихся вдоль координатных осей прямоугольных петлевых обмоток с постоянной высотой и переменной шириной каждой петли в обмотках, геометрические центры прямоугольныхобмоток отдельных групп смещеныдруг относительно друга по соответствующей координатной осн, причемодни иэ концов прямоугольных петлевых обмоток кажцой группы подключенык другим входам фазовых детекторов,выходы которых соединены со входамиблоков формирования дискретных икусочно-аналоговых сигналов, выходыкоторых подключены к соответствующимвходам блоков определения координат,а выход генератора синусоидальныхколебаний подключен к съемнику координат.15 2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в немкаждый из блоков формирования дискретных и кусочно-аналоговых сигналовсодержит ключи, развязывающий и па 2 О рафазный усилители, нуль-органы,многофазный и счетный триггеры и логический элемент ИЛИ, причем входыблоков подключены ко входам нульорганов и первым входам одних изключей, вторые входы которых соединены с выходами многофазного триггера, а выходы через раэвяэывающийусилитель - с первым входом другогоключа, второй вход которого подключен к выходу счетного триггера, а30 выходы через парафаэный усилительк одному иэ выходов блока, другойвыход которого соединен со входомсчетного триггера и выходом логического элемента ИЛИ, входы которого35 подключены к выходам многофаэноготриггера, входы которого соединеныс выходами нуль-органов.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что,в нем каж-4 О дый иэ блоков определения координат,содержит реверсивный счетчик,преобразователь код - напряжение,компаратор знака, сумматор и источникопорного напряжения, выход которогоподключен к первому входу сумматора,45 второй вход которого соединен с однимиз входов блока и входом компараторазнака, выход которого подключен кпервому входу реверсивного счетчика,второй вход которого соединен с50 другим входом блока, выход которогоподключен к выходу сумматора, третий вход которого соединен с выходом преобразователя код - напряжение,вход которого подключен к выходу55 реверсивного счетчика.И"точники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 549819, кл. С 06 К 11/00, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 404104, кл. 6 06 К 11/00, 1972805368 Юри хожении нолебоИамеиии наароПри Димеиии ЯСоставитель Т ипоровичдактор И, Циткина ТехредН.Кел Корректор Н. Ба 10906/74 56 исное Ннчуюак Заказ еф аа 4 вЕ . Филиал ППППатент , г. Уж род, ул. Проектная Тираж 7 КИПИ Госуд по делам 35, Иосквавенно ретен 35, Р Подпкомитета СССРи открытийская наб. д.