Устройство для считывания графической информации

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ЬП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (iii 983731 (61) Дополнительное к авт. спид-ву (22) Заявлено 17. 06. 81 (21) 3301026/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5l)IN. Кл.

G 06 К ll/06

Государотееииый комитет

СССР ео делам изобретений и открытий

Опубликовано 23. 12.82. Бкмлетень № 47

Дата опубликования описания 23 . 12 .82 (53) УД К 661 . 327.

° 12(088.8) (72) Авторы изобретения

Э.Н.Леонович, Н.И,Парамонова и Л.В.Игнатьева

Институт технической кибернетики АН Белорусской CCP

" "-3.Ь (71) Заявитель (S4) 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, содержащее планшет с системой ортогональных координатных шин, подключенных через. коммутаторы к блоку управления, счетчики координат и съемник ,Ф 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 после5 довательно сравнивается с амплитудами сигналов блока формирования эталонных импульсов, токовым входом связанного с объединенными выходами координатных шин планшета, а управляющим входом - со счетчиком точного отсчета, причем выход указанного блока соединен с одним из входов схемы сравнения. Блок форсирования эталонных импульсов содержит группу прямолинейных проводников, уложенных с шагом точного отсчета, коммутатор указанных проводников и эталонный датчик, постоянно зафиксированный и индуктивно связанный с

2о группой прямолинейных проводников, при этом эталонный датчик через усилитель подсоединен к выходу блока

Формирования эталонных импульсов. з

Код младших разрядов определяется путем последовательного опроса группы прямолинейных проводников блока формирования эталонных импульсов и их подсчета до момента равенства амплитуды сигнала съемника координат и амплитуды сигнала эталонного датчика, Таким образом, код каждой из координат, соответствующий положению центра съемника относительно начала координат рабочего поля, складывается из кода, соответствующего количеству опрошенных шин, до момента появления в съемнике индуктированного сигнала (старшие разряды), и кода, соответствующего удалению съемника от последней возбужденной координатной шины (младшие разряды) (1 1.

Недостатками этого устройства являются относительно ограниченная точность измерения координат, вызванная механическими ограничениями на плотность укладки прямолинейных проводников блока формирования эталонных импульсов> взаимным искажением магнитного поля этих проводников при плотной их укладке, а также большой объем оборудования для коммутации указанных эталонных проводников.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее планшет с ортогональными координатными шинами, подключенными к коммутаторам, соединенным с распределителем импульсов, счетчики, съемник координат, соединенный с усилителем, подключенным к аналого-цифровому преобразователю, интерполятор, элементы

И, ИЛИ и генераторы импульсов 1 2 ).

Однако известное устройство отличается недостаточно высокой точностью.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее планшет, выполненный в виде системы двух 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 и вторым счетчиками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и к аналого-циф3731 4

1О третий генератор импульсов, делитель напряжения, другой вход которого соединен с первым усилителем, и умножитель, другой вход которого подключен к второму усилителю, а выход соединен с блоком памяти, при этом входы интерполя ropa подключены к дешифратору и к элементу задержд ки, а выходы соединены с входами элемента ИЛИ и второго счетчика.

На фиг. 1 приведена амплитуднопространственная характеристика (АПХ) измерительной системы устройства; на фиг. 2 — блок-схема алгоритма вычисления на фиг. 3 - функциональная схема устройсгва.

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 подключен к входу элемента ИЛИ и к входу элемента задержки, выход которого соединен с одними входами элементов И группы, 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 б 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 3б, счетчик 37, оаспределитель 38 импульсов, элемент

9837

И 39, элемент И 40, счетчик 41, распределитель 42 импульсов, элемент

ИЛИ 43, распределитель 44 кодов, элемент И 45, регистр 46, блок 47 выбора кодов, регистр 48, блок 49 вентилей переноса, сумматор 50, распределитель 51 кодов, регйстры 52

53 и схемы сдвига 54 и 55.

Устройство работает следующим образом.

После установки визирного перекрестия съемника 2 в считываемую точку оператор запускает схему on-. роса координатных шин планшета 1 сиг. налом "Пуск". По этому сигналу генератор 19 импульсов устанавливает счетчик 21 в единичное состояние, которое разрешает прохождение импульсов генератора 17 на первый выход распределителя 18 импульсов. При этом запускается коммутатор 4, осуществляющий поочередную коммутацию и возбуждение координатных шин.

Эти же импульсы генератора 17 поступают на счетный вход счетчика

12 шин, где формируется "грубый" отсчет координаты. Поступление импульсов происходит до тех пор, пока не возбудится ближайшая к съемнику

2 координат шина и на выходе усили- 30 теля 8 не появится сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 20 на счетный вход счетчика 21 и запрещающий прохождение импульсов генератора на первый выход распределителя. Импульсы генератора будут при этом присутствовать на втором выходе распределителя, откуда они поступят на цифровой вход аналого-цифрового преобразователя 11, а также на вход счет- в чика 13. На аналоговый вход АЦП 11 поступит скорректированный с учетом разброса импульсов тока опроса шин сигнал со: съемника координат. Коррекция последнего осуществляется в блоке 9,. который имеет генератор 22 опорных 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 2З формируется сигнал, пропорциональ55 ный отношению. Этот си гнал поступает на вход умножителя 24 аналоговых сигналов, на второй вход которого поступает сигнал с усилителя 8. Сигнал

31 6 на выходе умножителя пропорционален пРоиэвеДению ДвУх сигналсвИо„- 1 /Ц

О с

Таким образом, во сколько раз опорный сигнал с генератора 22 отличается от сигнала с датчика 6 импульсов, во столько же раз 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 зафиксиро ванным 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 съемника 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 последова тельность 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 из

98373

1о

15 дешифратором 32, соответствующего числа, по второму сигналу осуществля- Z5 зо

45 выходов первой группы выходов, разрешающих выполнение команд. сложения > дешифратора 31 присутствуют на выходе элемента И 40„ а при выполнении операции умножения - на входе элемен-: та И 36, При выполнении первой oneрации типа сложения (фиг. 2) импульсы генератора 26 через элемент И 40 поступают на вход счетчика 41, который задает цикл сложения, состоящий из пяти тактов„ При этом пятый импульс с выхода счетчика 41, поступая на вход счетчика 30 операций через элемент ИЛИ 29, устанавливает его 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 s сумматор

50. Адрес записи определяется .состоянием дешифратора 32, чье состояние, в 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 ими,пьсом распределителя 38 импуль40

5О

1 8 сов осуществляется выбор из регист ра 46 с помощью элемента ИЛИ 35 и блока 34 соответствующего кода числа Х. Вторым сигналом осуществляется запись его в регистр 48 множимого и регистр 52 множителя через ! элемент ИЛИ 43 и распределитель 44 кодов, Регистр 52 и сумматор 50 имеют схемы 54 и 55 сдвига вправо. Последовательность работы схемы далее определяется состоянием младшего разряда на выходе регистра 52. Если в нем записана "1, то к сумме частичных произведений, находящейся в сумматоре 50, добавляется множимое, т,е, сигнал с выхода регистра 52 раз. решает прохождение импульса с третье го выхода распределителя 38 через элемент И 39 на вход блока 49 вентилей переноса, при этом к сумме частичных произведений добавляется множимое. Далее импульсом с четвертого выхода распределителя 38 производится сдвиг вправо в сумматоре

50 и регистре 52. Если же в младшем разряде регистра 52 записан "0", то производится сдвиг без выполнения сложения, Последний импульс с выхода счетчика 37 переключит счетчик 30 операций в следующее состояние и через элемент И 45 запишет промежуточный результат в регистр 46.

Во время следующих операций анало гичным образом осуществляется умножение остальных чисел. После выполнения этих операций импульс с соответствующего выхода счетчика 30 операций добавляет единицу к содержимому счетчика 13, дешифратор при этом дешифрует число для выборки в последующих операциях.

Последовательность выполнения операции и их количество определяется счетчиком 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 триг-. гер 28, прекращая тем самым работу интерполятора и устанавливая его в начальное состояние, и добавит единицу в счетчик 21,устанавливая его в новое состояние для определения координаты 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 решения на микросхемах серии 155 и числе разрядов кода, равном пятнадцати, не превышает 20 мкс. Средняя скорость ручного отслеживания 1 см/с и при максимальном необходимом шаге дискретизации устройства равна 0,01 мм, время измерения одной координаты составит 5 мс. Гаким образом, вычисления "точного отсчета" можно осуществлять в промежутках между отсчетами при достаточно большой скорости слежения.

Введение новых узлов и блоков, а также новых конструктивных связей между ними позволило существенно повысить 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 импульсов, вход которого подключен к первому генератору импульсов, а выходы соединены с аналого-цифровым преобразователеи, подключенным к блоку памяти, и с первым и вторым счетчи3731 10 ками, элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму генератору импульсов и к аналого-цифровому преобразователю, а выход соединен с входом третье о счетчика, подключенно го к распределителю импульсов, датчик импульсов, соединенный с первым усилителем, дешифратор, вход которого подключен к выходу второго счетчика, второй усилитель, вход которого соединен с съемником координат > а выход подключен к входу элемента ИЛИ и к входу 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 последовательно соединенные третий генератор импульсов, делитель напряжения> другой вход которого соединен с первым усилителем, и умножитель, другой вход

2s которого подключен к второму усилителю, а выход соединен с блоком памяти, при этом входы интерполятора подключены к дешифратору и к элементу задержки, а выходы соединены с входами элемента ИЛИ и второго счетчика .

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

V> 627463> кл. С 06 К 11/06, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2999426, кл. G 06 К 11/06, 1980 (прототип) .