CS229192B1

CS229192B1 - Sensor locating and evaluating circuitry

Info

Publication number: CS229192B1
Application number: CS176883A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Hendrych; Ivan Ing Hrebacka
Original assignee: Jan Ing Hendrych; Ivan Ing Hrebacka
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1983-03-15
Publication date: 1984-06-18

Description

Vynález se týká zapojení vyhodnocovacích obvodů pro určování polohy Čidla umístěného na ploše se systémem vodičů napájených postupnými napěťovými pulsy s kapacitní vazbou na čidlo.The invention relates to the connection of evaluation circuits for determining the position of a sensor placed on a surface with a system of conductors fed by successive voltage pulses with capacitive coupling to the sensor.

Dosavadní zařízení pro určování polohy čidla s kapacitní vazbou čidla na systém vodičů v ploše a s vyhodnocovacími obvody, s A/D převodníkem používají například takové zapojení vodičů plochy, kde je každý .vodič jedním koncem zapojen do uzlu odporového děliče. Jeden konec odporového děliče je uzemněn a druhý je napájen střídavým průběhem, čímž amplituda tohoto průběhu lineárně stoupá podél sítě vodičů. Kapacitně vázané čidlo snímá signál, jehož amplituda je úměrná vzdálenosti čidla od prvního vodiče. Tento signál se zpracuje A/D převodníkem a po porovnání s referenční hodnotou se získá výpočtem údaj o poloze čidla na ploše.Prior art devices for positioning a sensor with a capacitive coupling of a sensor to a surface conductor system and with evaluation circuits, with an A / D converter, use, for example, a surface conductor circuit in which each conductor is connected at one end to a resistance divider node. One end of the resistive divider is grounded and the other is powered by an alternating waveform, whereby the amplitude of this waveform increases linearly along the network of wires. The capacitively coupled sensor senses a signal whose amplitude is proportional to the distance of the sensor from the first conductor. This signal is processed by the A / D converter and after comparison with the reference value the sensor position data on the surface is calculated.

Jiná dosavadní zařízení používají napájení vodičů plochy z výstupů posuvného registru, kde všechny vodiče jsou vždy vybuzeny současně a to v prvém kroku všechny na úroveň logické 1 a v dalších krocích se směrem od počátku souřadnice postupně posouvá úroveň logické 0. V každém kroku se porovnává amplituda odezvy vyhodnocená A/D převodníkem s referenční úrovní tak dlouho, až amplituda odezvy má úroveň odpovídající poloze čidla. Potom všechny vodiče vlevo máji úroveň logické 0 a všechny vodiče vpravo úroveň logické 1. Tím se zjistí hrubá poloha, která je dána počtem kroků. Jemná poloha mezi dvěma vodiči se zjisti výpočtem z poměru velikosti odezvy a referenční hodnoty·Other existing devices use the power of surface conductors from shifting register outputs, where all the conductors are always excited at the same time, in the first step all to logical level 1 and in subsequent steps the logical level is shifted gradually from the origin of the coordinate. of the response evaluated by the A / D converter with reference level until the amplitude of the response has a level corresponding to the sensor position. Then, all the wires on the left have a logic level of 0 and all the wires on the right have a logic level of 1. This determines the rough position given by the number of steps. The fine position between the two wires is determined by calculating the ratio of the response magnitude to the reference value.

Uvedená zařízení mají hlavní nevýhodu v obvodové složitosti, v prvém případě jsou navíc značné požadavky na přesnost odporového děliče, přičemž způsob vyhodpocení dává pouze hrubé určení polohy. V druhém případě pro jemné určení polohy se předpo229 192 kládá lineární vzrůst amplitudy mezi dvěma vodiči, oož neodpovídá přesně skutečnosti a toto se projeví na výsledné přesnosti odečtené souřadnice.These devices have a major disadvantage in circumferential complexity; in the first case, there are considerable requirements for the accuracy of the resistive divider, and the method of evaluation only gives a rough position determination. In the second case for fine positioning, a linear increase in the amplitude between two conductors is applied, which does not correspond exactly to the reality, and this is reflected in the resulting accuracy of the subtracted coordinate.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení vyhodnocovacích obvodů pro určování polohy čidla umístěného na ploše se systémem vodičů napájených postupnými napěťovými pulsy s kapacitní vazbou na čidlo podle vynálezu, kde výstup čidla polohy je zapojen přes zesilovač čidla na vstup dat analogoěíslicového převodníku, výstup tohoto převodníku je zapojen na vstup dat první paměti, výstup této paměti je zapojen na vstup dat druhé paměti a současně na první vstup rozdílového obvodu a na první vstup obvodů připojení mikroprocesoru, výstup druhé paměti je zapojen na vstup dat třetí paměti a současně na druhý vstup rozdílového obvodu, výstup třetí paměti je připojen na druhý vstup obvodů připojení mikroprocesoru, výstup generátoru je zapojen na hodinovací vstup generátoru taktů a současně na hodinovací vstup čítače hrubé polohy, výstup tohoto čítače je připojen na třetí vstup obvodů připojení mikroprocesoru, výstup obvodů stavu je zapojen na vstup připravenosti obvodů připojení mikroprocesoru a současně na blokovací vstup generátoru a dále výstup potvrzení obvodů připojení mikroprocesoru je připojen na nulovací vstupy první paměti, druhé paměti, třetí paměti, čítače hrubé polohy, obvodů stavu a generátoru taktů, přičemž jednotlivé výstupy genetátoru taktů jsou zapojeny výstup je připojen na startovací vstup analogočíslicového převodníku, druhý výstup na vstup zápis první paměti, třetí výstup na vstup čtení první paměti a současně na vstup čtení druhé paměti a vstup čtení třetí paměti, čtvrtý výstup na první vstup hradlovacích obvodů, pátý výstup na vstup zápis druhé paměti, dále výstup rozdílového obvodu je zapojen na druhý vstup hradlovacího obvodu, jehož první výstup je připojen na vstup zápis třetí paměti a druhý výstup na nastavovací vstup obvodů stavu.The above-mentioned drawbacks eliminate the connection of the evaluation circuits for positioning of the sensor placed on the surface with a system of conductors powered by successive voltage pulses with capacitive coupling to the sensor according to the invention, where the output of the sensor is connected through the sensor amplifier data input of the first memory, output of this memory is connected to the data input of the second memory and simultaneously to the first input of the differential circuit and to the first input of the microprocessor connection circuits, output of the second memory is connected to the data input of the third memory the memory is connected to the second input of the microprocessor connection circuits, the generator output is connected to the clock input of the clock generator and simultaneously to the clock input of the coarse position counter, the output of this counter is connected to the third input of the microprocessor connection circuits the state circuit output is connected to the microprocessor connection readiness input and the generator blocking input, and the microprocessor connection acknowledgment output is connected to the first memory, second memory, third memory, raw counter, state circuits, and clock generator reset inputs, the individual outputs of the clock generator are connected the output is connected to the start input of the analog-to-digital converter, the second output to the first memory write input, the third output to the first memory read input and simultaneously to the second memory read input and the third memory read input the output of the differential circuit is connected to the second input of the gating circuit, the first output of which is connected to the input of the write of the third memory and the second output to the setting input of the state circuits.

Zapojení podle vynálezu umožňuje při obvodové jednoduchosti současné hrubé i jemné určení polohy, čímž se dosáhne velká rozlišovací schopnost a přesnost·The circuitry according to the invention permits simultaneous coarse and fine positioning with circumferential simplicity, thereby achieving high resolution and precision.

Blokové schéma zapojení podle vynálezu je znázorněno na připojenémThe circuit diagram according to the invention is shown in the attached

U tohoto zapojeni je výstup čidla 1. polohy zapojen přes ze229 192 silovač 2 čidla na vstup dat analogočíslicového převodníku 3. Výstup tohoto převodníku je zapojen na vstup dat první paměti 4. Výstup této paměti je zapojen na vstup dat druhé paměti 5 a současně na první vstup rozdílového obvodu 6 a na první vstup obvodů 7 připojení mikroprocesoru. Výstup druhé paměti 5 je zapojen na vstup dat třetí paměti 8 a současně na druhý vstup rozdílového obvodu 6. Výstup třetí paměti 8 vede pouze na druhý vstup obvodů 7 připojení mikroprocesoru. Výstup generátoru 9 je zapojen na hodinovací vstup generátoru 10 taktů a současně na hodinovací vstup čítače 11 hrubé polohy, jehož výstup je připojen na třetí vstup obvodů 7 připojení mikroprocesoru. Výstup obvodů 12 stavu je zapojen na vstup připravenosti obvodů 7 připojení mikroprocesoru a současně na blokovací vstup generátoru 9. Výstup potvrzení obvodů 7 připojení mikroprocesoru je připojen na nulovací vstupy první paměti 4, druhé paměti 5, třetí paměti 8, čítače 11 hrubé polohy, obvodu 12 stavu a generátoru 10 taktů. Jednotlivé výstupy generátoru 10 taktů jsou zapojeny tak, že první výstup je připojen na startovací vstup analogočíslicového převodníku 3., druhý výstup na vstup zápis první paměti 4, třetí výstup na vstup čtení první paměti 4 a současně na vstupy čtení druhé paměti 5 a třetí paměti 8. Čtvrtý výstup generátoru 10 taktů vede na první vstup hradlovacích obvodů 13, pátý výstup na vstup zápis druhé paměti 5. Výstup rozdílového obvodu 6 je zapojen na druhý vstup hradlovacího obvodu 13, jehož první výstup je připojen na vstup zápis třetí paměti 8 a druhý výstup na nastavovací vstup obvodu 12 stavu.In this connection, the output of the position sensor 1 is connected via the sensor 192 to the input of the analog-to-digital converter 3. The output of this converter is connected to the data input of the first memory 4. The output of this memory is connected to the data input of the second memory 5 a differential circuit input 6 and a microprocessor connection circuit first input 7. The output of the second memory 5 is connected to the data input of the third memory 8 and at the same time to the second input of the differential circuit 6. The output of the third memory 8 leads only to the second input of the microprocessor connection circuits 7. The output of the generator 9 is connected to the clock input of the clock generator 10 and simultaneously to the clock input of the rough position counter 11, the output of which is connected to the third input of the microprocessor connection circuits 7. The output of the state circuits 12 is connected to the readiness input of the microprocessor connection circuits 7 and at the same time to the generator block 9. The acknowledgment of the microprocessor connection circuits 7 is connected to the reset inputs of the first memory 4, second memory 5, third memory 8, coarse counter 11 12 state and 10 cycle clock generator. The individual outputs of the clock generator 10 are wired such that the first output is connected to the start input of the A / D converter 3., the second output to the write memory of the first memory 4, the third output to the read memory input of the first memory 4 8. The fourth output of the cycle 10 generator leads to the first input of the gating circuit 13, the fifth output to the input of the second memory 5. The output of the differential circuit 6 is connected to the second input of the gating circuit 13. output to the setting input of the state circuit 12.

Činnost tohoto zapojení je následující:The operation of this circuit is as follows:

Snímací čidlo _1 je umístěno ná ploše, která obsahuje dvě sítě vodičů pro osy X a Y, přičemž čidlo má kapacitní vazbu k vodičům plochy. Vodiče plochy jsou napájeny postupnými napěťovými pulsy konstantní amplitudy posunutými vzájemně tak, že když v jednom vodiči puls končí, v následujícím právě začíná· Postupné vybuzení vodičů proběhne nejprve v ose X a poté v ose Y. Odezva na Čidle představuje posloupnost pulsů různé amplitudy, přičemž amplituda určitého pulsu je závislá na vzdálenosti čidla od příslušného vodiče snímací plochy a šířka pulsů odpovídá periodě signálu generátoru 9. Signál získaný na snímacím čidle 1 je beze změny tvaru zesílen a impedančně přizpůsobenThe sensor sensor 1 is located on a surface which comprises two conductor networks for the X and Y axes, the sensor having a capacitive coupling to the surface conductors. The surface conductors are powered by successive voltage pulses of constant amplitude shifted to each other so that when a pulse ends in one conductor, the next one just begins · The sequential excitation of the conductors occurs first in the X-axis and then in the Y-axis. the amplitude of a certain pulse is dependent on the distance of the sensor from the respective sensor surface and the pulse width corresponds to the period of the signal of the generator 9. The signal obtained on the sensor 1 is amplified and impedance adjusted

229 192229 192

- 5 “ zesilovačem 2 čidla a veden na A/D převodník 3. Zapojení provádí algoritmus, jehož cílem je vyhledání hrubé a jemné polohy čidla vzhledem k prvnímu vodiči dané souřadnice. Odezva na snímacím čidle je tvořena posloupností pulsů různé amplitudy, přičemž nejvyšší amplituda přísluší nejbližšímu vodiči od snímacího čidla. Algoritmus končí při nalezení pulsu odezvy, která má menší amplitudu než puls předchozí. V tomto okamžiku je hrubá poloha určena počtem pulsů a jemná poloha se vypočte na nadřazeném procesoru z číselných velikostí amplitud pulsu předcházejícího a následujícího po největším pulsu. Procesor je připojen k uvedenému zapojení přes obvody 7 připojení mikroprocesoru a to vstupu výstupu.- 5 “sensor amplifier 2 and connected to A / D converter 3. The connection is performed by an algorithm whose aim is to find the coarse and fine position of the sensor with respect to the first conductor of the given coordinate. The response on the sensor is formed by a sequence of pulses of different amplitude, with the highest amplitude pertaining to the nearest conductor from the sensor. The algorithm ends when a response pulse is found that has a smaller amplitude than the previous pulse. At this point, the raw position is determined by the number of pulses, and the fine position is calculated on the parent processor from the numerical magnitude of the pulse amplitudes preceding and following the largest pulse. The processor is connected to said wiring through the microprocessor connection circuits 7, the output input.

Jednotlivé bloky uvedeného zapojení jsou řízeny taktovacími pulsy vytvářenými generátorem 10 taktů. Celý taktovací cyklus probíhá během každého napájecího pulsu. V prvním taktu je startován A/D převodník 3. V druhem taktu se číselný údaj o velikosti pulsu odezvy zapisuje do první paměti 4. Ve třetím taktu se přepínají do režimu čtení první paměl 4, druhá pamět 5 a třetí pamět 8, přičemž výstupní data z první paměti 4 se vedou na první vstup rozdílového obvodu 6 a na jeho druhý vstup se vedou data z druhé paměti 5. Rozdílový obvod porovnává současnou velikost pulsu odezvy s velikostí minulého pulsu, která je uložena v druhé paměti 5. Ve třetí paměti 8 je přitom uložena velikost pulsu odezvy v předminulém kroku. Výstup rozdílového obvodu 6 vede na druhý vstup hradlovacího obvodu 13, který v závislosti na výsledku porovnání určuje další Činnost obvodu, pokud je současný puls větší než minulý puls provede se ve čtvrtém taktu přepis informace z druhé paměti 5 do třetí paměti 8 a v pátém taktu přepis informace z první paměti 4 do druhé paměti 5 a obvod je připraven k dalšímu kroku. Jeden krok odpovídá jednomu napájecímu pulsu a tedy jednomu taktovacímu cyklu. Pokud výsledek porovnání udává, že nový puls odezvy je menší než minulý puls znamená to, že je prováděn poslední krok algoritmu a hradlovací obvod 13 nyní propouští Čtvrtý takt na nastavovací vstup obvodu 12 stayu, jehož výstup je veden na vstup připravenosti obvodu £ a zároveň blokuje další činnost generátoru 9, takže pátý takt se již neprovádí. Výstup generátoru 9 vede též na Čítač 11 hrubé polohy, který se zabloková6The individual blocks of said circuit are controlled by the clock pulses generated by the clock generator 10. The entire clock cycle takes place during each supply pulse. In the first measure, the A / D converter 3 is started. In the second measure, the response pulse value is written to the first memory 4. In the third measure, the first memory 4, the second memory 5 and the third memory 8 are switched to read mode. from the first memory 4 to the first input of the differential circuit 6 and to the second input to the data from the second memory 5. The differential circuit compares the current response pulse size with the size of the past pulse stored in the second memory 5. while the response pulse size is stored in the previous step. The output of the differential circuit 6 leads to the second input of the gating circuit 13, which, depending on the result of the comparison, determines the next operation of the circuit if the current pulse is greater than the previous pulse. transcribing information from the first memory 4 to the second memory 5 and the circuit is ready for the next step. One step corresponds to one supply pulse and thus one clock cycle. If the result of the comparison indicates that the new response pulse is less than the previous pulse, it means that the last step of the algorithm is being executed and the gating circuit 13 is now passing the Fourth clock to the stay input setting input 12 whose output is routed to the readiness input. further operation of the generator 9 so that the fifth cycle is no longer performed. The output of the generator 9 also leads to the rough position counter 11, which is blocked 6

229 192 nim generátoru 9 zastavuje· Výstupy první a třetí paměti jsou vedeny na vstupy obvodu 7 a jelikož první i třetí paměť je stále v režimu čtení, přichází na obvod 7 připojení mikroprocesoru údaj o velikosti nového a předminulého pulsu odezvy. Zároveň na obvod 7 připojeni mikroprocesoru je veden výstup čítače 11 hrubé polohy. Po převzetí údajů pro výpočet celkové polohy, která bude součtem hrubé a jemné polohy procesor přes obvod 7 připojení mikroprocesoru aktivuje výstup potvrzeni, který je veden na nulovací vstupy první, druhé a třeti paměti, dále na obvod 12 stavu a na čítač 11 hrubé polohy. Po tomto nulováni je celé zapojení připraveno stejným algoritmem určit údaje pro výpočet souřadnice v druhé ose.229 192 stops the generator 9 • Outputs of the first and third memories are routed to the inputs of circuit 7, and since both the first and third memories are still in read mode, the microprocessor connection circuit 7 receives an indication of the magnitude of the new and the past response pulse. At the same time, the output of the rough position counter 11 is routed to the microprocessor connection circuit 7. Upon receipt of the total position data, which will be the sum of the gross and fine positions, the processor via the microprocessor connection circuit 7 activates an acknowledgment output which is directed to the reset inputs of the first, second and third memories, the state circuit 12 and the rough position counter 11. After this reset, the whole circuit is prepared by the same algorithm to determine the data for the second axis coordinate calculation.

Uvedené zapojeni vyhodnocovacích obvodů lze využít u ζβχ řízení, kde je potřeba přesně určit polohu čidla na ploše. Využití kapacitni vazby čidla na vodiče plochy je výhodné z hlediska jednoduchosti kapacitního Čidla a to jak ve tvaru pera, tak ve tvaru kurzoru.The mentioned connection of the evaluation circuits can be used for ζβχ control, where it is necessary to precisely determine the position of the sensor on the surface. The use of capacitive coupling of the sensor to the surface conductors is advantageous in terms of the simplicity of the capacitive sensor, both in the form of a pen and in the shape of a cursor.

Zapojení je jednodušší než dosud známá zapojení. Použiti číslicového vyhodnocení dává předpoklady pro velkou přesnost a rozlišovací schopnost při menších nákladech·Wiring is simpler than known wiring. The use of digital evaluation gives preconditions for high accuracy and resolution at lower costs.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

229 192

Connection of evaluation circuits for positioning of a sensor placed on a surface with a system of conductors powered by successive voltage pulses with capacitive coupling to the Sensor 4, characterized in that the output of the position sensor (1) is connected through the sensor amplifier (2) ), the output of this converter is connected to the data input of the first memory (4), the output of this memory is connected to the data input of the second memory (5) and simultaneously to the first input of the differential circuit (6) and to the first input of the microprocessor connection circuits (7). , the output of the second memory (5) is connected to the data input of the third memory (8) and simultaneously to the second input of the differential circuit (6), the output of the third memory (8) is connected to the second input of the microprocessor connection circuits (7) ) is connected to the clock input of the clock generator (10) and simultaneously to the clock input of the rough position counter (11), the output of this counter (11) is connected to the third the circuit of the microprocessor connection circuit (7), the output of the state circuit (12) is connected to the readiness input of the microprocessor connection circuit (7) and simultaneously to the generator blocking input (9); a memory (4), a second memory (5), a third memory (8), a rough position counter (11), a state circuit (12) and a clock generator (10), the individual outputs of the clock generator (10) being connected to the first output * is connected to the start input of the analog-to-digital converter (3), the second output to the write-in of the first memory (4), * the third output to the read-in of the first memory (4) memory (8), fourth output to first input of gating circuits (13), fifth output to input of second memory (5), further output of differential circuit (6) is connected to second input of gating circuit (13) ), the first output of which is connected to the write input of the third memory (8) and the second output to the setting input of the state circuits (12)