Фотоэлектрическое считывающее устройство

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано, например, в устройствах считывания и ввода информации в ЭВМ о положении объекта. С целью расширения области применения за счет расширения динамического диапазона в устройство введены средства задания экспозиции и адаптивного управления считыванием, хранением и передачей информации во внешнее устройство, которые и обеспечивают изменение длительности процессов накопления и считывания информации с фотоматрицы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tsi)s G 06 К 7/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБ ЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4422047/24 (22) 10.05.88 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Рыбинский авиационный технологический институт (72) Ю.Д.Жаботинский и В.В.Малягин (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1216783, кл. G 06 К 7/14, 1984, Whitehead 0.G., Mitchel 1„МеПог P.V,—

А low-resolution Из! оп Sensor. 1. Phys. Е.: Scl.

Instrum. 1984, 17, Рв.8, р,653 — 656. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СЧИТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах считывания и вво- . да информации в ЭВМ о положении объекта, Цель изобретения — расширение области применения эа счет расширения динамического диапазона.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема блоков микропрограммного управления; на фиг.3 — функциональная схема блока синхронизации.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 синхросигналов, блок 3 синхронизации (БС), задатчик

4 времени экспозиции, формирователь 5 временных интервалов, первый счетчик 6, мультиплексор 7, фотоматрицу 8, первый блок 9 микропрограммного управления (БМУ), второй счетчик 10, блок 11 памяти, „„5U 1674181 А1 (57) Изобретение относи ся к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например в устройствах считывания и ввода информации в ЭВМ о положении объекта. С целью расширения области применения за счет расширения динамического диапазона в устройство введены средства задания экспозиции и адаптивного управления считыванием, хранением и передачей информации во внешнее устройство, которые обеспечивают изменение длительности процессов накопления и считывания информации с фотоматрицы. 3 ил. регистр 12 сдвига и второй блок 13 микропрограммного управления, Каждый блок микропрограммного управления содержит шифратор 14, первый дешифратор 15, регистр 16 и второй дешифратор 17, выходы которого являются выходами блока, а входы соединены с соответствующими входами регистра и управляющими входами первого дешифратора, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами шифратора, входы шифратора являются информационными входами блока, синхрониэирующий вход регистра является синхронизирующим входом блока.

Блок синхронизации содержит триггеры 18 — 23, элементы И вЂ” ИЛИ 24 — 28. элементы И 29 — 32. Синхронизирующий вход триггера 18 соединен с установочным входом триггера 19 и является первым тактовым входом блока, установочный вход

1674181 триггера 20 является вторым тактовым входом блока, установочный вход триггера, вход "Сброс" триггера I B являкпся соответственно третьим и четвертым тактовыми входами блока. Установочный вход триггера соединен с первым входом элемента ИИЛИ 24 и является пятым тактовым входом блока, вход "Сброс триггера 19 соединен с входами "Сброс" триггеров 21 и 23, с первым входом элемента И 30 и является шестым тактовым входом блока, Входы "Сброс триггеров 20 и 22 объединены и являются седьмым тактовым входом блока, первые входы элементов Y — ИЛИ 25 и И 30 являются соответственно восьмым и девятым тактовыми входами блока. Второй вход элемента

И-ИЛИ 24 и первые входь9 элементов И—

ИЛИ 26, 27 и И 32 объединены и являются первым входом блока синхронизации, второй вход элемента И 29 является вторым входом блока, третий вход элемента И вЂ” ИЛИ

24, вторые входы элементов И вЂ” ИЛИ 26, 27 являются третьим входом блока. второй вход элемента И-ИЛИ 25 соединен с первыми входами элементов И 31 и И вЂ” ИЛИ 28 и является четвертым входом блока. Вторые входы элементов И вЂ” ИЛИ 28 и И 30 и третий вход элемента И-ИЛИ 25 обьединены и являются пятым входом блока, выходы элементов И 29, И-NJIIM 24, триггера 18, элементов И вЂ” ИЛИ 26. 27, И 32, N— - ИЛИ 25, И 30, И вЂ” ИЛИ 28 и И 39 являются соответственно первым — десятым выходами блока, Основу устройстьа составляет фотоматpMLl8 8 — микросхема оперативного запоминающ8го устройства динамическОГО типа в металлокерамическом корпусе, с которой удалена крышка и открыт доступ света к кристаллу, Информация хранится в ячейках динамической памяти в виде зарядов, которые постепенно рассасываются вследствие термических эффектов. Кроме того, существенным фактором, влияющим на скорость самораэряда, являются < )отоэлектрич8ски8 токи, велйчина которых в полупроводниковых кристаллах пропорциональна интенсивности падающего света. Таким образом, если освещать кристалл ОЗУ динамического типа некоторый промех<уток времени, то можно внести изменения в хранимую там информацию. Данньй принцип использован в предлагаемом устройстве. А именио. предварительно все ячейки матрицы заряжаются посредством записи в каждую из них лог "1", а затем через определенный интервал времени проис<одит считывание данных. Ячейки, нахОдившиеся в зоне Bbloo кой освещенности„оказываются разряженными, поэму там считываются нули, а в зоне низкой освещенности — единицы. Сле5

55 довательно, потенциальный рельеф, считанный с матрицы, можно представить как изображение с двумя градациями по яркости.

Фотоэлектрическое считывающее устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в момент включения питания в устройстве вырабатывается сигнал "Сброс", который приводит устройство в исходное состояние, Под действием сигнала "Сброс" обнуляются счетчики 6 и t0, кроме того, сбрасываются в нуль регистры, а в формирователь 5 записывается в параллельном коде информация, набранная в задатчике 4.

В рабочем режиме генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает тактовые импульсы с частотой l0 МГц, которые подаются на первый вход формирователя 2 и там преобразуются в 10 неперекрывающихся фазовых последовательностей с частотой 1 МГц в каждой последовательности. Кроме того, формирователь 2 вырабатывает импульсную п<3следовательность частотой 10 кГц для обеспечения формирователя 5 метками времени.

Блок 9 обеспечивает работу фотоматрицы в режимах приема оптической информации, а также выдачу этой информации с фотоматрицы 8 в блок 11 памяти.

Рассмотрим алгоритм работы блока 9, Нулевой процедурой алгоритма является выдача информации из фотоматрицы 8 в блок 11! При этом блок 9 находится в состоянии "Режим 0" и поддерживает сигнал высокого уровня на первом выходе. Этот сигнал подается на вход блока 3 и разрешает выдачу импульсов первого выхода блока

3 синхронизации на первый вход счетчика 6.

Кроме того, разрешается формирование управляющих импульсов на втором выходе блока 3, что", обеспечивает работу мультиплексора 7, а также появление стробирующих импульсов на выходах с третьего по пятый блока синхронизации. Установленный таким образом режим работы дает возможность операционному автомату последовательно поэлементно адресоваться к фотоматрице 8 в цикле "Чтение — модификация — запись" и производить чтение содержимого ячеек матрицы с одновременной их подготовкой (зарядом) к последующему экспонированию. Выполнение нулевой процедуры (т.е. процесс обращения к фотоматрице 8) продолжается до тех пор, пока не произойдет выдача импульса со старшего выхода блока 6 на первый вход блока 9. Этот импульс интерпретируется как установление признака "Конец кадра".

Затем блок 9 переходит в состояние

"Режим 1", что соответствует началу выпол1674 1.81

10 нения процедуры экспонирования фотоматрицы 8. Сигнал высокого уровня с первого выхода блока 9 снимается, Процедура экспонирования фотоматрицы состоит в отмене всех обращений к ней.

При этом блок 9 находится в состоянии "Режим 1" и поддерживает сигнал высокого уровня на втором выходе. Этот сигнал подается на одиннадцатый вход БС 3 и разрешает прохождение импульсов частотой 10 кГц с входа на десятый выход блока 3 и далее на третий вход формирователя 5. Импульсы, поступающие на третий вход формирователя 5, являются метками времени и служат для отсчета времени экспозиции. Отсчет времени экспозиции реализуется методом вычитания импульсов(меток времени) из исходного содержимого формирователя 5, записанного в него ранее параллельным кодом из задатчика 4, Процесс экспонирования матрицы продолжается до тех пор, пока содержимое формирователя 5 не уменьшится до нуля. В этот момент на его первом выходе логический уровень сигнала становится низким. Это является условием для перехода блока 9 в состояние "Режим 2" и началом выполнения процедуры проверки состояния блока 11. Сигнал высокого уровня с второго выхода блока 9 снимается, а на его третьем выходе появляется сигнал высокого уровня.

Процедура проверки состояния блока

11 предполагает проверку наличия на третьем входе блока 9 признака "Исходное состояние". Выполнение данной процедуры является фактически условным переходом блока 9 в "Режим 0" либо в "Режим 3" в зависимости от состяния третьего входа блока 9. Таким образом, если на третьем входе БМУ 9 присутствует лог."0", то совершается переход ЕМУ 9 в состояние "Режим

3", иначе — переход в состояние "Режим 0".

Сигнал воздействует на вход формирователя 5 и обеспечивает запись в него параллельного кода, установленного на выходах задатчика 4. Запись кода обуславливает óñтановку нового времени экспозиции, а также установку сигнала высокого уровня на его первом выходе, Если на третьем входе блока 9 установлен нулевой сигнал, то он воспринимает его как неготовность блока 11 к приему информации с фотоматрицы и, следовательно, переходит в состояние "Режим 3". При этом сигнал высокого уровня с третьего выхода блока 9 снимается и операционный автомат начинает выполнять процедуру хранения полученной в ходе экспонирования видеоинформации.

Процедура хранения видеоинформации в фотоматрице обеспечивает сохранность данной информации до того момета времени, пока блок 11 не освободится для приема нового кадра информации. Это достигается следующим образом. БМУ 9, находящийся в состоянии "Режим 3", устанавливает сигнал высокого уровня на четвертом выходе, Этот сигнал воздействует на третий вход блока 3 и разрешает подачу импульсов с его второго выхода на вход счетчика 6, а также разрешает выдачу управляющих импульсов с второго выхода на второй вход мультиплексора

7 и стробирующих импульсов с четвертого и пятого выходов блока 3 на второй и третий входы фотоматрицы 8. Такой режим адресации и стробирования матрицы позволяет производить последовательное обращение к ее элементам при чтении, что и в итоге обеспечивает регенерацию данных элементов и возможность дальнейшего хранения информации. Процесс хранения информации продолжается до тех пор, пока на третьем входе блока 9 не появится сигнал высокого уровня, что эквивалентно появлению признака готовности блока 11. Блок 9 дает возможность завершить текущий цикл регенерации всех элементов матрицы. Конец цикла распознается по импульсу переполнения счетчика 6, который поступает на г;ервый вход блока 9 и является признаком

"Конец кадра". В момент появления этого признака начинает выполняться условие готовности блока 11, которое является условием перехода блока 9 из состояния "Режим

3" в состояние "Режим 0"..",тот переход прекращает выполнение процедуры хранения, снимает сигнал высокого уровня с четвертого выхода блока 9 и разрешает начать в=;полнение процедуры выдачи информации в блок 11, описанной ранее.

EMY 13 в совокупности со счетчиком 10, блоком 11 памяти и регистром 12 сдвига обеспечивает работу блока 11 в режиме приема (записи) информации, поступающей от фотоматрицы 8, а также передачу этой информации с выхода фотоэлектрического считывающего устройства на внешние устройства обработки и хранения информации в асинхронном режиме, Обмен ведется 16разрядными словами согласно протоколу

ИРПР.

Рассмотрим алгоритм работы блока 13, Нулевая процедура алгоритма реализует функцию ожидания данных блоков 11, которые должны передаваться от фотоматрицы

8. При этом блок 13 устанавливает на nepsc;ì выходе сигнал высокого уровня, что является признаком готовности. По мере того, как блок 9, выполнив очередной проход сво1674181 его алгоритма, перейдет в состояние "Режим 0", матрица будет готова к передаче данных. Переход блока 9 в состояние "Режим 0" является условием перехода блока

13 в состояние "Режим 1", так как на его первом входе с первого выхода блока 9 в

Этот момент появляемся сигнал высокого уровня, который интерпретируется блоком

t3, как признак перехода, При этом заканчивается выполнение процедуры ожидания, снимается сигнал высоко о уровня с первого выхода блока 13 и разрешается выполнение процедуры приема информации в блок 1 1.

Процедура приема обеспечивает прием информации в блок 11 синхронно с выдачей ее из фотоматрицы 8, При этом блок 13 находится в состоянии "Режим 1" и поддерживает сигнал высокого уровня на втором выходе. Этот сигнал воздействует на тринадцатый вход блока 3 и разрешает выдачу импульсов с его шестого выхода на вход счетчика 10. Кроме того, разрешается подача управляющих импульсов с восьмого и девятого выходов блока 3 на второй и третий входы блока 11, В результате происходит последовательное обращение к элементам (ячейкам) блока 11 в цикле "Запись". Процедура приема информации продолжается до тех пор, пока не произойдет переполнение счетчика 10, что выразится в подаче импульса с его старшего выхода на второй вход блока 13, Этот импульс блока

13 воспринимает как установку признака

"Конец обмена". Таким образом„ выполняется условие перехода блока 13 в состояние

"Режим 2", что соответствует окончанию действия процедуры приема информации и началу выполнения процедуры заполнения регистра сдвига. Сигнал высокого уровня с второго выхода блока 13 снимается.

Процедура заполнения регистра сдвига обеспечивает считывание из блока 11 шестнадцати бит информации и последовательную их засылку в регистр сдвига с целью преобразования (упаковки) информации в шестнадцатиразрядные слова, которые используются в дальней шем для обмена с внешними устройствами.

Это достигается следующим образом, БМУ 13 находится в состоянии "Режим 2" и поддерживает сигнал высгоко.о уровня на третьем выходе, Этот сигнал воздействует нв блок 3 и разрешает работу счетчика 10, 5

1G

30 блока 11 и регистра 12. А именно разрешает выдачу импульсов с 10-ro выхода блока 3 на вход счетчика 10, кроме того, разрешает 55 формирование управляющих импульсов на восьмом и девятом выходах блока 3 и сдвигающих импульсов на седьмом выходе блока 3, Такой режим управления обеспечивает последовательное обращение к элементам блока памяти в цикле "Чтение" и передачу в регистр сдвига считанной информации, Выполнение данной процедуры продолжается до тех пор, пока не произойдет считывание из блока памяти и запись в регистр слова информации, о чем сообщает появление импульса, на выходе счетчика 10, который воздействует на третий вход блока 13, который интерпретирует этот сигнал как условие перехода блока 13 в состояние "Режим 3". При этом прекращается выполнение текущей процедуры и разрешается начало выполнения процедуры связи с внешним устройством, Сигнал высокого уровня с третьего выхода блока 13 снимается, Процедура связи с внешним устройствам обеспечивает воэможность передачи информации с выхода фотосчитывающего устройства к внешнему устройству сбора или обработки информации, Обмен происходит 16-разрядными словами согласно протоколу ИРПР, Для выполнения процедуры связи блок 13 переходит в состояние

"Режим 3" и выставляет сигнал высокого уровня на четвертом выходе. Этот сигнал является запросом к внешнему устройству и сообщает, что данные на выходе устройства достоверны, В таком состоянии БМУ 13 может находиться сколь угодно долго.

В том случае, если внешнее устройство обслужило запрос и считало данные с выходов регистра 12, оно должно выставить сигнал окончания связи на пятый вход блока 13, по которому блок 13 определяет, что цикл передачи данных внешнему устройству закончен и необходимо, либо вернуться к выполнению процедуры заполнения сдвигового регистра очередной информацией, либо перейти к выполнению процедуры ожидания. Возможность того или иного перехода блока 13 определяется по наличию или отсутствию признака, который подается со старшего выхода счетчика 10 на второй вход блока 13, Если переполнения счетчика 10 не произошло, т.е. информация из ОЗУ считана в регистр и передана внешнему устройству не полностью, то блок 13 переходит в состояние "Режим 2 и выполняет процедуру дальнейшего чтения блока памяти с заполнением регистра сдвига, иначе блок 13 переходит в состояние "Режим 0" и приступает к выполнению процедуры ожидания или "Режим 2", что соответствует сигналg высокОго уровня Н3 входе БС 3 а, следовательно. на первом или четвертом входе элеме: та 27.

Логический элемент И вЂ” ИЛИ 27 служит для управления работой регистра 12 сдвига, что достигается клапанированием шестой фазы синхронизации, которая подается на

167418:1

10 первый вход элемента 27. Последний разрешает прохождение импульсов на синхровход регистра 12 в том случае, когда БМУ 13 находится в состоянии "Режим 2", что соответствует сигналу высокого уровня на четырнадцатом входе БС 3, а следовательно, и на втором входе элемента И-ИЛИ 27.

Диапазон изменения времени экспозиции в известном устройстве сравнительно невелик и не превышает шести раэ. Время экспозиции рассчитывается по формуле

Тэксп = (NR — 1) Nc t, где NR — число строк;

Ис — число столбцов;

t — время обращения к одному элементу матрицы (=1-6 мкс).

В предлагаемом устройстве принцип экспонирования матрицы изменен и время экспозиции не связано с количеством строк и столбцов. Таким образом, достигнут диапазон изменения времени экспозиции 10 раэ с ограничением по нижнему и верхнему пределам, которые обусловлены техническими параметрами матрицы. Диапазон изменения экспозиции в предлагаемом устройстве лежит в пределах 200 — 6 . 10

4 мкс.

Расширение диапазона изменения времени экспозиции обусловлено тем, что в известном устройстве время экспозиции жестко привязано к циклу обращения, а также к размерности матрицы, кроме того, операции считывания и экспонирования совмещены. В предлагаемом устройстве операция экспонирования выделена и состоит в отмене всех обращений к матрице, что дает возможность резко расширить диапазон изменения времени экспозиции.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет более универсальный принцип обмена информацией с внешними устройствами, а именно асинхронйый принцип. Это позволяет обмениваться информацией с любой скоростью и не предьявлять высоких требований по быстродействию к внешним устройствам.

Формула изобретения

Фотоэлектрическое считывающее устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, соединенный с формирователем синхросигналов, фотаматрицу, блок синхронизации, первый счетчик, первый блок микропрограммного управления, мультиплексор, выходы которого соединены с адресными входами первой группы фотоматрицы, блок памяти, регистр сдвига,, выходы первого счетчика соединены с ад45 первога блока микропрограммного управления и" первым управляющим входам блока синхронизации и с первым выходом формирователя синхросигналав, а пятый вход является синхронизирующим входом устройства, второй выход первого блока микропрограммного управления:оединен с вторым управляющим входом блока синхронизации, третий — с управляющим входом формирователя временных интервалов, а четвертый — с третьим управляющим входом блока синхронизации, второй и третий выходы второго блока микропрограммного управления соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока синхронизации, а четвертый выход является синх5

35 ресными входами мультиплексора, вход первого счетчика соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен со стробирующим входом мультиплексора, третий, четвертый и пятый выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами фотоматрицы, выходы формирователя синхросигналов соединены с соответствующими тактовыми входами блока синхронизации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет расширения динамического диапазона, оно содержит второй блок микропрограммного управления, задатчик времени экспозиции, формирователь временных интервалов, второй счетчик, выходы кагорого соединены с адресными входами блока памяти, четвертый выход и выход старшего разряда соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока микропрограммного управления, а вход — с шестым выходом блока синхронизации, выходы регистра сдвига являются информационными выходами устройства, информационный вход соединен с выходом блока памяти, а синхранизирующий — с седьмым выходом блока сичхронизации, восьмой и девятый выходы блока синхронизации соединены соответственно с управляющими входами блока памяти, десятый выход — с тактовым входом формирователя временных интервалов, выход фатаматрицы соединен с инфорационным входом блока памяти, входы первого блока микропрограммного управления соединены соответственна с выходом формирователя временных интервалов, с первым выходам второ > блока микропрограммного управления, с;.-.ь хадам старшего разряда первого счетчика, - седьмым выходом формиравателя синхрасигналов, с шиной нулевого потенциала, третий и четвертый входы capon блока микропрограммного управления соединены ссатветственно с первым выходом

1674181 ронизирующим выходом устройства. входы задания параметров Формирователя временных интервалов соединены с выходами задатчика времени экспозиции, 1674181

Составитель Н.Миляев

Техред М.Моргентал Корректор . M.Äåì÷èê

Редактор M,Ïåòðoâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2925 Тираж 367 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5