Устройство для считывания графической информации

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию. Повышение точности достигается введением в устройство аналогового инвертора, а в блок формирования временных интервалов элемента ИЛИ, двух триггеров, элемента НЕ, генератора импульсов, двух счетчиков, двух элементов задержки, двух сумматоров, блока кодовых переключателей и регистра. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию.

Известно устройство для измерения координат графических изобретений (Pieroelectric plate Sields handwriting to Computer, Electronics, v. 45, N 4, р. 10, 1972). Это устройство содержит планшет - квадратную пьезоэлектрическую пластину с возбудителями волн, расположенными на двух взаимно перпендикулярных сторонах планшета, причем эти возбудители попеременно возбуждают в теле пьезопластины ультразвуковые бегущие волны. Щуп, установленный оператором в точку сканирования, фиксирует время прихода переднего фронта этих волн. Данная информация вместе с информацией с момента возбуждения волн используется для определения координат точки сканирования.

Недостатками этого устройства являются ограниченные размеры планшета, определяемые технологией производства пьезокерамических материалов, и низкая точность при статических и динамических измерениях, вызванная неинвариантностью выходного сигнала щупа и низкой частотой переключения координатных излучателей.

Известен также ультразвуковой координатор (авт.св. СССР N 881900, кл. H 01 L 41/08, 1981), содержащий планшет-звукопровод, две основные и две дополнительные пьезоэлектрические пластины линейных деформации, установленные по взаимно перпендикулярным сторонам планшета, генератор импульсов, пьезоэлектрический приемник, блок формирования временных координатных интервалов и два блока возбуждающего напряжения, причем дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены на свободных сторонах планшета.

Недостатком данного устройства является невысокая точность, связанная с неинвариантностью сигнала на выходе пьезоприемника в зависимости от дестабилизирующих факторов, таких как усилие прижатия, а также невозможности возбуждения демпфирующего сигнала на дополнительных пьезопластинах такой формы и амплитуды, какую имеют сигналы от основных пьезопластин, когда достигают дополнительных, в результате чего не происходит полное демпфирование волн в планшете и появляются отраженные волны, которые также снижают точность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для считывания графической информации (авт. св. СССР N 1187188, кл. H 01 L 41/08, 1985), содержащее планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах двумя пьезоэлектрическими излучателями, съемник координат с пьезоэлектрическим приемником, два блока формирования стробирующих импульсов, блок формирования временных интервалов с двумя элементами И, генератор импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам соответствующих пьезоэлектрических излучателей.

Недостатком данного устройства является сравнительно невысокая точность при статических и динамических измерениях, вызванная неинвариантностью амплитуды первой полуволны выходного сигнала щупа, зависящей от дестабилизирующих факторов, например от усилия прижатия щупа к поверхности планшета. Она вызывает погрешность в регистрации времени прихода волны в щуп на компаратор, так как полуволны с разными амплитудами перекрещиваются с линейной постоянной функцией, которая представляет уровень, с которым компаратор сравнивает входной сигнал, в разных точках, соответствующих разным моментам времени, которые соответствуют разным измерениям координаты точки.

Предлагается устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах двумя пьезоэлектрическими излучателями, съемник координат с пьезоэлектрическим приемником, два блока формирования стробирующих импульсов, блок формирования временных интервалов с двумя элементами И, генератор импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам соответствующих пьезоэлектрических излучателей, аналоговый инвертор, включенный между выходом пьезоэлектрического приемника съемника координат, соединенным с входом второго блока формирования стробирующих импульсов, и входом первого блока формирования стробирующих импульсов, причем блок формирования временных интервалов дополнительно содержит элемент ИЛИ, два триггера, элемент НЕ, генератор импульсов, два счетчика, два элемента задержки, два сумматора, блок кодовых переключателей и регистр, выход которого является выходом устройства, синхровход соединен с выходом второго элемента задержки, а информационный вход - с выходом второго сумматора, разрешающий вход которого подключен к входу второго и к выходу первого элементов задержки, первый информационный вход - к выходу блока кодовых переключателей, а второй информационный вход - к выходу первого сумматора, разрешающий вход которого соединен с входом первого элемента задержки и с выходом элемента НЕ, а первый и второй информационные входы - с выходами соответственно первого и второго счетчика, счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, а входы сброса - к выходу элемента ИЛИ и к S-входам первого и второго триггеров, R-входы которых соединены с выходом первого блока формирования стробирующих импульсов, подключенным к входу элемента НЕ, и с выходом второго блока формирования стробирующих импульсов соответственно, вход которого соединен с выходом пьезоэлектрического приемника съемника координат, при этом два выхода генератора импульсов устройства подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ блока формирования временных интервалов.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство от прототипа действительно отличается новыми элементами и связями. Поэтому заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит планшет 1, пьезоэлектрические излучатели 2, 3, пьезоприемник 4, генератор 5 импульсов, аналоговый инвертор 6, блоки 7, 8, формирования строб-импульсов, блок формирования временных интервалов, содержащий элемент ИЛИ 10, элемент НЕ 11, триггеры 12, 13, генератор 14, элементы И 15, 16, первый 17 и второй 18 двоичные счетчики, сумматоры 19, 23, блок 20 кодовых переключателей, элементы 21, 22 задержки и регистр 24.

Выходы генератора 5 подключены к пьезопластинам 2 и 3 и к входам элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с входами триггеров 12 и 13 и с входами установки счетчиков 17 и 18. Пьезоприемник 4 подключен к входу триггера 12 и инвертора 11 через последовательно соединенные аналоговый инвертор 6 и блок 7 формирования строб-импульсов, а к входу триггера 13 через блок 8. Выходы триггеров 12 и 13 соединены с первыми входами элементов И 15 и 16 соответственно, другие входы которых подключены к выходу генератора 14. Входы счетчиков 17 и 18 соединены с выходами элементов И 15 и 16 соответственно, а выходы - к входам сумматора 19, вход разрешения которого соединен с выходом инвертора 11. Выходы сумматора 19 и блока 20 кодовых переключателей подключены к входам второго сумматора 23, вход разрешения которого соединен с выходом инвертора 11 через первый элемент 21 задержки, а выход этого сумматора подключен к входу регистра 24, вход синхронизации которого соединен с выходом первого элемента 21 задержки через второй элемент 22 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 5 импульсов 5 возбуждает пьезоэлектрическую пластину 2 или 3 в зависимости от измеряемой в данный момент координаты (х или y соответственно), одновременно импульсом с генератора через элемент ИЛИ 10 взводятся триггеры 12 и 13, сбрасываются счетчики 17 и 18 и открываются элементы И 15 и 16, запуская при этом счет в счетчиках от генератора 14 импульсов заполнения. Через время, соответствующее расстоянию от возбудителя (2 или 3) до приемника 4, первая положительная полуволна достигает последнего и появляются на входах блока 8 и блока 7 через инвертор 6 напряжения разных знаков. По достижении амплитудой сигнала определенного уровня строб-импульсы с выхода блока 8, осуществляющего усиление сигнала, сравнение его с положительным порогом и формирование строб-импульса в момент превышения сигнала этого порога, сбрасывает триггер 13. По достижении заднего фронта сигнала инвертора 6 он его преобразует в передний фронт, при котором блок 7, имеющий отрицательный порог сравнения, равный по модулю порогу блока 8, формирует строб-импульс, который сбрасывает триггер 12. Сброс триггеров останавливает счет в счетчиках через соответствующие элементы И.

Таким образом, в счетчиках формируются коды, соответствующие интервалам времени t₁ и t_2, которые затем складываются на первом сумматоре 19 с сигналом от инвертора 11, и сумма передается со сдвигом на один разряд вправо (что в двоичной системе счисления соответствует делению на два) в сумматор 23, который складывает ее с кодом от наборного поля (группа кодовых переключателей, положение каждого задает значение логического "0" или "1"), который соответствует временному интервалу T/4 в обратном коде, где Т - период сигнала, поступающего от приемника 4.

Сложение происходит по сигналу от элемента 21 задержки, который задерживает сигнал от инвертора 11 на время, равное времени срабатывания сумматора, и результат передается в регистр, который принимает его по синхросигналу от второго элемента 22 задержки, аналогичного элементу 21.

Таким образом, сложение содержимых счетчиков и деление результата на два дает код, пропорциональный интервалу времени (t₁ + t₂)/2, который равняется временному интервалу, соответствующему истинной координате t₄ плюс T/4, т.е.

= t₄+ , отсюда следует t₄= _ .

Операция вычитания T/4 осуществляется прибавлением его обратного кода к коду, полученному от первого сумматора 19.

Погрешность, возникающая от дестабилизирующих факторов, обусловливается отсутствием инвариантности сигналов, полученных от приемника 4 (в данном случае интересует первая положительная полуволна). Сигналы одинаковой формы и частоты с разными амплитудами регистрируются компаратором в разные моменты времени, что является погрешностью. Интересующий сигнал является симметричным и можем определить интервал времени до поступления его вершины точно независимо от его амплитуды. Вычитанием из него T/4 получают интервал времени, точно соответствующий истинной координате. Таким образом, по сравнению с базовым объектом в предлагаемом устройстве обеспечивается повышение точности.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах двумя пьезоэлектрическими излучателями, съемник координат с пьезоэлектрическим приемником, два блока формирования стробирующих импульсов, блок формирования временных интервалов с двумя элементами И, генератор импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам соответствующих пьезоэлектрических излучателей, отличающееся тем, что в него введен аналоговый инвертор, включенный между выходом пьезоэлектрического приемника съемника координат, соединенным с входом первого блока формирования стробирующих импульсов, и входом второго блока формирования стробирующих импульсов, а блок формирования временных интервалов дополнительно содержит элемент ИЛИ, два триггера, элемент НЕ, генератор импульсов, два счетчика, блок кодовых переключателей и регистр, выход которого является выходом устройства, синхровход регистра соединен с выходом второго элемента задержки, а информационный вход - с выходом второго сумматора , разрешающий вход которого подключен к входу второго и выходу первого элементов задержки, первый информационный вход - к выходу блока кодовых переключателей, а второй информационный вход - к выходу первого сумматора, разрешающий вход которого соединен с входом первого элемента задержки и с выходом элемента НЕ, а первый и второй информационные входы - с выходами соответственно первого и второго счетчиков, счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, а входы сброса - к выходу элемента ИЛИ и S-входам первого и второго триггеров, R-вход первого тригерра соединен с выходом первого блока формирования стробирующих импульсов и входом элемента И, R-вход второго триггера подключен к выходу второго блока формирования стробирующих импульсов, вход которого соединен с выходом пьезоэлектрического приемника съемника координат, а выходы генератора импульсов устройства подключены к входам элемента ИЛИ блока формирования временных интервалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2