Устройство для ввода графической информации

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в ЭВМ. Стробирование каналов обработки сигнала и высокая помехозащищенность устройства достигаются за счет введения формирователей стробирующих импульсов и элементов И. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в ЭВМ, например, в составе систем автоматизированного проектирования.

Известно устройство ввода графической информации [1] содержащее генератор высокочастотных импульсов, планшет с большим числом расположенных определенным образом и на определенном расстоянии один от другого проводников, зонд, щуп которого может перемещаться по планшету, и вычислительный блок. Генератор высокочастотных импульсов последовательно запитывает проводники планшета. Щуп зонда через емкостную связь воспринимает изменение потенциала в момент нахождения его около проводника, по которому проходят импульсы. Амплитуды напряжений, наведенные в трех соседних проводниках, измеряются и запоминаются. В вычислительном блоке на основе запомненных потенциалов и известном расстоянии между проводниками определяется текущая координата щупа.

Недостатком известного устройства является низкая скорость определения координат, что связано с необходимостью вычисления текущего отсчета после завершения цикла считывания.

Известно устройство ввода графической информации [2] содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, "электронный" карандаш и координатный матричный планшет с двумя группами параллельных координатных шин, процессор, два мультиплексора, информационные входы каждого из которых подключены к соответствующей группе параллельных координатных шин планшета, а управляющие входы к выходу процессора, две параллельные цепи последовательно соединенных детектора, интерполирующего фильтра и компаратора с гистерезисом, выходы каждого из которых подключены к соответствующим входам процессора.

Так как в известном устройстве в качестве "электронного" карандаша используется графитовый цанговый каpандаш, то через емкостные связи между наконечником карандаша и проводниками планшета, а также между графитовыми следами и проводниками планшета в них наводятся соответственно информационные и помеховые высокочастотные напряжения. Как установлено на практике, при наклоне карандаша происходят следующие изменения сигналов. В больших пределах изменяется амплитуда положительного и отрицательного пика биполярного импульса, выработанного интерполирующим фильтром. На входе интерполирующего фильтра изменяется форма сигнала, а его амплитуда практически остается без изменений.

Для обеспечения работоспособности известного устройства при наклоне карандаша необходимо уменьшить порог срабатывания компараторов с гистерезисом. Такое снижение порога приводит к тому, что помеха, создаваемая через емкостную связь между графитовым следом карандаша и проводниками планшета, с высокой вероятностью превышает порог срабатывания компаратора с гистерезисом. Поэтому недостатком прототипа является его невысокая помехозащищенность.

Целью изобретения является обеспечение помехоустойчивой работы устройства для ввода графической информации.

Цель достигается тем, что в отличие от прототипа, в котором не предусмотрены меры по повышению его помехозащищенности, в предложенном устройстве осуществлено стробирование обоих каналов. Информационный сигнал, характеризующий текущую координату наконечника "электронного" карандаша, вырабатывается во время существования строба. Такое техническое решение позволяет исключить помеховые сигналы, возникающие через емкостную связь между графическим следом и проводниками планшета.

На фиг.1 приведена структурная схема предложенного устройства; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу канала обработки.

Устройство для ввода графической информации содержит высокочастотный генератор 1, "электронный" карандаш 2, матричный планшет 3, процессор 4, мультиплексоры 5 и 6, детекторы 7 и 8, интегрирующие блоки 9 и 10, компараторы 11 и 12 с гистерезисом, формирователи 13 и 14 строба и схемы 15 и 16 совпадений.

Устройство работает следующим образом.

От высокочастотного генератора 1 запитывается "электронный" карандаш 2, в качестве которого может быть использован графитовый цанговый карандаш, причем его цанга соединена с выходом высокочастотного генератора. Координатный матричный планшет 3 содержит две группы параллельных координатных проводников. "Электронный" карандаш может перемещаться по планшету 3 и через емкостные связи между наконечником карандаша 2 и проводниками планшета наводить в них высокочастотные напряжения.

Процессор 4 формирует цифровые коды, при помощи которых мультиплексоры 5 и 6 последовательно подключают проводники планшета 3 к соответствующим детекторам 7 и 8. Поскольку емкости между наконечником карандаша и проводниками планшета различны, то и информационные сигналы, наведенные в проводниках, различны. Кроме того, возникают мешающие сигналы, наведенные в проводниках от графитового следа. Информационные сигналы и помеха, считанные с проводников планшета соответствующим мультиплексором 5 и 6, приведены на фиг.2 (диаграмма 17). Продетектированные информационные сигналы представляют собой ступенчатые напряжения, а продетектированные сигналы помехи прямоугольные импульсы (диаграмма 18, фиг.2).

Выходные сигналы 18 детекторов 7 и 8 одновременно поступают на соответствующий интегрирующий блок 9, 10 и на соответствующий формирователь 13, 14 строба.

Интегрирующий блок может быть выполнен, например, на основе двухзвенного трансверсального фильтра и интегратора, как это предложено в прототипе, либо путем использования двух последовательно включенных интеграторов, а также операционного усилителя, суммирующего выходные сигналы интеграторов, и устройства выборки-хранения, включенного в цепь обратной связи (Щербаков В.И. Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник, Киев: Техника, 1982, с. 66-67). Выходной сигнал представляет собой медленно меняющееся напряжение с переходом через ноль. Так как на вход блока последовательно поступают информационный сигнал и помеха (диаграмма 18), то на его выходе образуются два биполярных импульса (диаграмма 20), один из которых несет информацию о координате наконечника карандаша, а другой является помехой.

Так как при наклоне карандаша значительно уменьшается амплитуда положительного или отрицательного пика биполярного импульса информационного сигнала на выходе интегрирующего блока, то известный путь повышения помехозащищенности путем увеличения порога срабатывания может привести лишь к потере сигнала. Поэтому в предложенном устройстве использованы другие средства.

Выработанные сигналы 20 с блоков 9 и 10 подаются на соответствующий компаратор 11 и 12 с гистерезисом. Компаратор с гистерезисом срабатывает в момент превышения сигналом некоторого фиксированного значения напряжения U_п1 и возвращается в исходное состояние по достижении сигналом нулевого уровня. При этом уровень U_п1 выбирается таким образом, чтобы при наклоне карандаша была исключена возможность потери сигнала, т.е. порог срабатывания выбирается минимально возможным. Поэтому при наличии на входе компаратора с гистерезисом информационного сигнала и помехи на его выходе образуются два прямоугольных импульса (диаграмма 21), один из которых содержит информацию о координате наконечника карандаша.

Формирователи 13 и 14 строба представляют собой устройства, в которых выходные сигналы соответствующих детекторов 7 и 8 сравниваются с некоторым пороговым уровнем U_п2. Как установлено на практике, при наклоне карандаша происходит изменение формы информационного сигнала на выходе соответствующего детектора при практически неизменной амплитуде. Поэтому пороговый уровень U_п2 может быть выбран достаточно высоким и значительно превышающим амплитуду помехи. Это позволяет обеспечить формирование строб-импульса 19 только по информационному сигналу. Строб 19 захватывает область максимальных значений информационного сигнала, в которой лежит точка перехода через ноль биполярного импульса, полученного от информационного сигнала после прохождения его через интерполирующий фильтр. Выработанные формирователями 13 и 14 строба прямоугольные строб-импульсы 19 подаются на первый вход соответствующей схемы 15 и 16 совпадений, на второй вход каждой из которых поступают сигналы 21 с выхода соответствующего компаратора 11 и 12 с гистерезисом. На выходе схем 15 и 16 совпадения образуется прямоугольный импульс 22, задний фронт которого характеризует положение наконечника карандаша на планшете.

Выходные сигналы схем 15 и 16 совпадений подаются в процессор 4, на который возложены следующие задачи: формирование цифровых кодов, при помощи которых мультиплексоры 5, 6 последовательно подключают проводники планшета 3 к детекторам 7, 8; преобразование временных интервалов, отсчитываемых с начала опроса дорожек планшета до момента фиксации перехода через ноль, совпадающего с задним фронтом импульса схем 15 и 16 совпадений; передача информации в ЭВМ. Решение перечисленных задач процессором 4 осуществляется с использованием стандартных технических средств, входящих в состав любого микропроцессорного устройства.

Коды, управляющие мультиплексорами 5, 6 для опроса проводников планшета 3, формируются на выходах параллельного восьмиразрядного порта. Для каждого проводника планшета 3 в процессоре 4 анализируется наличие момента фиксации перехода через ноль, совпадающего с задним фронтом схем 15, 16 совпадений. Временной интервал от начала опроса проводников планшета 3 до момента фиксации, выработанного схемами 15 и 16 совпадений, преобразуется в цифровой код. Полученный отсчет, характеризующий координаты х и y наконечника карандаша на планшете, передается в ЭВМ.

Из изложенного следует, что введение стробирования электронного тракта обработки позволяет обеспечить даже при наклоне карандаша высокую помехозащищенность путем подавления помехи, образованной емкостной связью между графитовым следом и проводниками планшета. Этот факт нашел подтверждение при исследованиях помехозащищенности макета предлагаемого устройства. Вместе с тем стробирование электронного тракта обеспечивает повышение отношения сигнал/шум, что влечет за собой снижение флуктуационной ошибки измерения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет, выполненный в виде системы двухкоординатных шин, которые подключены к информационным входам соответствующих мультиплексоров, управляющие входы которых соединены с выходом блока управления, а выходы с информационными входами соответствующих детекторов, выходы которых соединены с входами соответствующих интегрирующих блоков, и съемник координат, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, отличающееся тем, что в него введены формирователи стробирующих импульсов и элементы И, первые входы которых соединены с выходами соответствующих интегрирующих блоков, а выходы - с входами блока управления, выходы детекторов подключены к входам формирователей стробирующих импульсов, выходы которых соединены с вторыми входами элементов И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2