Brevet FR2560408A1 — publié le 19850830

Appareil d'entrée de schéma avec détection précise de la position d'un crayon d'introduction." La présente invention concerne un appa- reil d'entrée de schéma et notamment un appareil d'en- trée ou d'introduction de schéma dans lequel on utilise un crayon que l'on met en contact avec la surface supé- rieure d'un tableau ayant une matrice formée de grou- pes de ccnducteurs répartis suivant des intervalles selon les axes de coordonnées de façon à introduire des informations d'écriture manuelle dans un système d'ordinateur électronique ou système analogue. On connaît un tableau ayant une grille de conducteurs parallèles disposes suivant les axes de coordonnées à intervalles réguliers; un tel tableau est décrit par exemple aux brevets U.S 3 567 859 et 3 732 369. Dans un tel tableau, les conducteurs qui appartiennent à un groupe sont mis en oeuvre électri- quement de façon successive l'un après l'autre par un signal impulsionnel, puis les conducteurs de l'autre groupe sont mis en oeuvre électriquement de façon suc- cessive l'un après l'autre par un signal impulsionnel. Un crayon d'entrée ou plus simplement un crayon ayant une extrémité conductrice d'électricité est mis en con- tact avec la surface de ce tableau pour assurer un cou- plage capacitif avec une paire de conducteurs adjacents. Les signaux obtenus à l'aide du crayon à partir des conducteurs successivement mis en oeuvre par les impul- o2 sions sont utilisés pour numériser des coordonnées de la position du crayon à la surface du tableau. Cette opération de numérisation de la position est faite en sorte que la position du crayon soit numérisée suivant un axe de coordonnées, puis soit numérisée suivant l'autre axe de coordonnées. Dans un tel moyen d'entrée d'informations de type tableau, une difficulté importante réside dans la rapidité et la précision élevée de la détection de l'information par rapport aux conducteurs lors de l'in- troduction du schéma. En se reportant à la figure 1, on décrira ci-après la manière de détecter la position du crayon. La figure 1 montre des niveaux du potentiel électrique sur les conducteurs répartis sur le tableau dans la direction X. Les lettres LO, L1 et L2 désignent les niveaux de potentiel respectifs lorsqu'une tension est appliquée aux conducteurs X0, X1, X2 répartis à une d1stance W dans la direction X. Le niveau de poten- tiel est approximativement proportionnel à la distance. On suppose qu'un crayon soit mis en contact avec le point T distant du conducteur X1 de la distance x; la distance x peut s'obtenir en faisant le calcul suivant la relation ci-dessous: x = b -c W b + d - 2c dans cette relation, d désigne le niveau de tension le plus élevé; b désigne le second niveau de tension le plus élevé et c désigne une grandeur de décalage servant à compenser un changement de niveau de poten- tiel suivant l'épaisseur, la qualité et le nombre de feuilles de papier placées sur le tableau. Dans le cas o la distance x est calculée comme décrit ci- dessus, il faut modifier toujours la grandeur de déca- lage c en fonction de l'état du papier placé sur le tableau, ce qui se traduit par une utilisation peu pratique. En conséquence, le brevet britannique 1 440 130 propose un système d'indication de position reposant sur le procédé de détection à trois points, bien connu. Selon le brevet britannique, on détecte trois signaux de niveau à partir de trois conducteurs, l'un étant le plus proche de la position du crayon et les deux autres étant voisins de ce conducteur le plus proche; les niveaux de signaux ainsi obtenus sont comparés entre eux et permettent d'obtenir l'informa- tion de position du crayon sans être influencés par la grandeur de décalage mentionnée ci-dessus. Toute- fois dans ce système, il est indispensable d'effectuer un calacul complexe avec un certain nombre de soustrac- tions suivant les rapports respectifs des trois signaux de détection; le calcul est très complexe et si l'on :s5!tilise un microcalculateur d'usage général ou analo- gue, il y a une limite à la vitesse d'écriture manuelle ne permettant pas au système de fonctionner à une vitesse supérieure à la vitesse de traitement. La présente invention a pour but de créer un appareil d'entrée de schéma ou d'introduction de schéma permettant de détecter de façon précise la posi- tion d'un crayon d'introduction ou d'entrée, à vitesse élevée sans être influencé par l'état du papier ou ana- logue placé sur un tableau. L'invention a également pour but de créer un appareil d'entrée de schema ayant une structure sim- ple et qui permette un travail à une vitesse d'entrée suffisamment élevée même lorsqu'on utilise un micro- calculateur d'usage général. A cet effet, la présente invention con- cerne un appareil d'entrée de schéma caractérisé en ce qu'il comporte un tableau ayant une matrice composée de deux ensembles de conducteurs répartis à des in- tervalles suivant les axes de coordonnées, une paire de moyens de balayage reliés respectivement aux deux ensembles de conducteurs pour alimenter successivement les conducteurs des ensembles respectifs en impulsions de balayage; un crayon pour détecter l'application de l'impulsion de balayage à l'un des conducteurs adja- cents lorsque le crayon est placé sur le tableau, de façon à fournir des signaux de position, un circuit de sélection pour choisir au moins trois des signaux de position, respectifs ayant des potentiels électriques plus élevés et un circuit de travail pour déterminer la position du crayon de façon que l'un des trois signaux de position ayant le niveau le plus élevé soit considéré comme signal de référence et que les sous- tractions soient effectuées entre le signal de référen- ce et chacun des trois autres signaux de position choisis pour obtenir deux différences de potentiel,la position du crayon se déterminant à partir du-rapport entre les deux différences de potentiel. Dans un appareil d'entrée ou d'introduc- tion de schéma selon la présente invention, on détecte au moins trois signaux élevés et les potentiels de ces signaux en mettant le crayon en contact ou le dépla- çant le long de la surface du tableau. Cela signifie que l'invention utilise un système tel que les signaux et le potentiel du conducteur dont le crayon est le plus proche ainsi que le potentiel des deux conducteurs placés de part et d'autre du conducteur ci-dessus soient détectés; le signal ayant le potentiel le plus élevé parmi ces trois signaux est considéré comme signal de référence; on obtient les deux différences de potentiel en faisant des soustractions entre le signal de référence et chacun des deux autres signaux restants et on détermine la position du crayon d'entrée par le rapport entre les deux différences de potentiel Ainsi, l'erreur due à l'influence de la grandeur de décalage mentionnée ci-dessus peut s'éliminer eomplé- temient; le circuit opérationnel peut être constitué par un calculateur d'usage général étant donné la sim- plicité des calculs tout en permettant une vitesse d'introduction suffisamment élevée. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le circuit de travail se compose d'un conver- tisseur pour numériser chacun des signaux de position et d'une memoire pour enregistrer le signal numérisé sous la forme d'un niveau de potentiel, la mémoire étant commandée de façon à enregistrer le signal nume- risé seulement lorsqu'il existe un signal de sortie du moyen de sélection. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le circuit de travail est constitué par un calculateur appliquant les impulsions de balayage à la paire de moyens de balayage et comptant le nombre d'impulsions de balayage appliquées, l'application et le comptage des irmpulsions de balayage étant arrêtés en fonction du signal du circuit de sélection. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un diagramme montrant l'état de distribution des potentiels pour expliquer le principe du procédé de détection de position connu. - la figure 2 est un diagramme montrant l'état de distribution des potentiels servant à expli- quer le principe de la détection de position selon la présente invention. - la figure 3 est un schéma explicatif montrant une partie principale de la figure 2. - la figure 4 est un schéma-bloc d'un mode de réalisation de l'invention. - la figure 5 est un schema servant a expliquer les niveaux de potentiel détectés sur les conducteurs respectifs de la figure 4, et - la figure 6 est un ordinogramme servant à expliquer le fonetionnement de l'ensemble du mode de réalisation de la figure 4c En se reportant aux figures 2 è 6, on décrira ci-après un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. Tout d'abord selon la figure }0 2, on décrira le principe de la présente invention. La figure 2 montre l'ëtat de la distribution des poten- tiels de façon analogue à la figure 1, les conducteurs étant toutefois disposés parallèlement suivant un in- tervalle régulier P. On suppose que le crayon d'entrée est maintenant mis en contact avec un point Ti ou Tr dis- tant du milieu du conducteur Xi. On suppose que les niveaux de potentiel respectifs détectés sur le conduc- teur gauche XO, le conducteur droit X2 et le conducteur médian X1 portent les références littérales b, a et d respectivement. Si l'on considère maintenant le trian- gle Ymn obtenu en reliant le point d'intersectiont des conducteurs X0 et X1 de niveaux de potentiel res- pectifs, le sommet m correspondant au niveau de poten- o tiel du conducteur X1et le point d'intersection n en- tre les niveaux de potentiel respectifs des conducteurs X0 et X2; on considère également un autre triangle tDB formé en reliant le point de niveau de potentiel D du conducteur X1 au point Tt touché par le crayon d'entrée, le point B de niveau de potentiel du conduc- teur X0 et le point t ci-dessus. On suppose en outre que la différence de potentiel obtenue en soustrayant le niveau de potentiel b correspondant au point de potentiel B par rapport au niveau de potentiel d du point de niveau de potentiel D est désignée par la référence e. La différence de potentiel f entre les points m et n correspond au résul- tat de la soustraction du niveau de potentiel a du point A du conducteur X2 au point de contact T. avec le crayon et du niveau de potentiel d puisque les dis- tributions de potentiel des différents conducteurs sont les mêmes. En conséquence, on obtient la relation suivante découlant de la relation géométrique entre les triangles Zmn et RDB ci-dessus: e d - b 1/2 P - X f d - a 1/2 P De façon analogue à la relation précédente, si l'on considère les triangles t'mn et I'DA, on obtient la relation: e d - a 1/2 P - X 2 f d - b - 1/2 P La position x correspondant au contact du crayon s'obtient finalement par l'expression suivante x = 12 P - 2v P..... (3) =2 2 f Cela signifie que si l'on détecte les positions des points distants du conducteur X1 (n = 0, 1, 2...) égales à - P des deux côtés du conducteur Xn, on obtient la position du crayon de la même manière que cidessus même s'il n'existe aucune position pour le crayon puisque la distribution de potentiel est répétitive. Bien que la description ait été faite ci- dessus dans la direction de l'axe X, les mêmes remar- ques s'appliquent à la direction de l'axe Y, si bien que la position de contact du crayon se détermine indépendamment de la grandeur de décalage c mentionnée ci-dessus. En se reportant à la figure 4, on décrira le montage électrique. La figure 4 montre un tableau ayant un ensemble de conducteurs Xo, X1... Xn, XS et XE s'étendant parallèlement dans la direction Y; ces conducteurs sont séparés l'un de l'autre d'un inter- valle déterminé dans la direction X; il y a également un autre ensemble de conducteurs Y, Y1..' ' Yn YS et YE s'étendant dans la direction X en étant séparés l'un E de l'autre d'un intervalle prédéterminé dans la direc- tion Y. Comme un tel tableau est connu selon le brevet U.S 3 567 859 et le brevet U.S 3 732 369, leur descrip- tion détaillée ne sera pas reprise. La référence numé- rique 11A du tableau 11 désigne une zone effective dans laquelle on peut détecter un signal sur le tableau. Les deux ensembles de conducteurs X0, X1 Xn, XS, XE et Y'0 Y1 '. Yn, YSn YE sont reliés aux bornes de sortie respectives des dispositifs de balayage 12 et 13 qui fournissent des impulsions de balayage, successivement aux conducteurs. Un commuta- teur fermé/ouvert 15 est commandé par le contact du crayon 14 et du tableau 11; ce commutateur est inté- gré au crayon 14. Le commutateur ouvert/fermé 15 est relié à une entrée d'un port entrée/sortie 16. Un bus de sortie 17 du port entrée/sortie 16 est relié à un microcalculateur 18 et à une mémoire 19 de façon à fournir le signal de sortie du commutateur ouvert/fermé au microcalculateur 18 par l'intermédiaire du port entrée/sortie 16. Un bus de sortie 21 du micro-ordina- teur 18 est relié aux bornes d'entrée respetives des dispositifs de balayage 12 et 13 par l'intermédiaire d'un circuit de porte 22. Le microcalculateur 18 four- nit une impulsion de balayage au dispositif de balayage 12 ou 13 en fonction du signal de sortie du commutateur ouvert/fermé 15 et coopte les impulsions de balayage. Le circuit de porte 22 assure la répartition des im- pulsions du microcalculateur 18 entre les dispositifs de balayage 12 et 130 En fonction de l'impulsion du circuit de porte 22, le dispositif de balayage 12 ou 13 fournit une impulsion de balayage successivement aux différents conducteurs. Le crayon 14 détecte l'existence d'une impulsion de balayage par couplage capacitif avec le tableau 1l et la sortie du crayon 14 est reliée à une borne d'entrée d'un comparateur 24 par l'intermédiaire d'un amplificateur 23. Une résistance variable 25 est reliée par sa sortie à l'autre borne d'entrée du com- parateur 24 de façon à fournir une fraction de tension de niveau prédéterminé. La sortie du comparateur 24 est reliée à une borne d'interruption du mierocalcula- teur 182 de sorte que lorsqu'un signal de niveau plus grand que le niveau partiel prédéterminé reçu par le comparateur 24 fournit le signal reçu au microcalcula- teur 18. Dans ce mode de réalisation, le niveau par- tiel est préréglé de façon à pouvoir détecter des signaux d'au moins trois conducteurs au voisinage du point de contact du crayon 14. En réponse au signal de sortie du comparateur 24, le microcalculateur 18 arrête l'envoi de l'impulsion de balayage vers le cir- cuit de porte 22 et fait avancer le comptage des im- pulsions. La sortie de l'amplificateur 23 est reliée à un circuit d'échantillonnage et de maintien 26 qui conserve provisoirement le signal de sortie de l'ampli- ficateur 23 pour donner le temps nécessaire à la con- version analogique/numérique du signal de sortie. Le signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de maintien 26 est appliqué à un convertisseur analogique/ numérique 27 qui numérise le signal de sortie de l'am- plificateur 23. La sortie du convertisseur analogique/ numérique 27 est reliée à l'autre borne d'entrée du port entrée/sortie 16, si bien que la sortie du conver- tisseur analogique/numérique 27 s'enregistre dans la mémoire 19 sous la forme d'un niveau de potentiel par l'intermédiaire du port entree/sortie 16. Le micro- calculateur 18 fonctionne comme circuit de commande et comme circuit de calcul pour commander et gérer la mémoire 19, le port entrée/sortie 16 etc; il peut être constitué par exemple par un microcalculateur de type Z80 fabriqué par ZILOG aux Etats Unis et qui est dis- ponible sur le marché. Comme port entrée/sortie 16, on peut utiliser le composant 8255 fabriqué par INTEL aux Etats Unis. En fait le choix du microcalculateur 18 et du port entrée/sortie 16 tel que défini ci-dessus, n'est pas limitatif. Apres avoir enregistré provisoirement dans la mémoire 19 les signaux détectés par le crayon 14, le microcalculateur 18 commence de nouveau l'opé- ration de comptage. A ce moment, le comptage est ini- tialisé à partir de l'état de comptage qui est incré- menté d'une unité par rapport à l'état de comptage correspondant au dernier arrêt de comptage. Ainsi lors- que le signal détecté par le crayon 14 passe de nouveau dans le microcalculateur 18, ce microcalculateur 18 arrête de nouveau le comptage comme décrit ci-dessus et compare le niveau de potentiel à cet instant au niveau de potentiel précédemment enregistré. Puis des opération similaires sont répétées et on détecte la distribution de potentiel au voisinage du point de contact du crayon. En répétant cette opération, le niveau de potentiel qui a augmenté commence maintenant à dimi- nuer apres avoir dépassé un certain maximum comme cela apparaît à la figure 5. La figure 5 montre en effet les niveaux de potentiel détectés sur différents con- ducteurs lorsque le crayon 14 est en contact avec le point Tk. Les lettres référence b, d et a désignent les potentiels détectés sur les conducteurs X0, X1 et X 1 X2. Cela signifie que lorsqu'il reconnaît la diminu- tion du niveau de potentiel au cours des opérations répétitives ci-dessus, le microcalculateur 18 détecte les niveaux de potentiel b, d et a des conducteurs respectifs X1 les plus proches du point de contact du crayon 14 et X0 et X2 adjacents au conducteur X1. La décision selon laquelle la position de contact du crayon 14 est du cÈté droit ou du côté gauche du con- ducteur adjacent X1 est faite par le microcalculateur 18 en comparant les niveaux de potentiel b et a. En fonction de ce résultat, la position de contact du crayon 14 est déterminée selon l'expression (3) ci- dessus. Comme pour la direction Y, la position de con- tact du crayon 14 s'obtient de la meme manière que ci- dessus. Après avoir déterminé la position de contact du crayon 14 dans la direction X et dans la direction Y, le microcalculateur 18 transfère cette information de position à un dispositif de sortie tel qu'un tube cathodique (tube CRT) non représenté ou dispositif analogue. On décrira ci-après toutes les opérations en se reportant à l'ordinogramme de la figure 6. Lors- que le crayon 14 est en contact avec le tableau 1l1 le micro-ordinateur 18 est mis en oeuvre par le signal du commutateur ouvert/fermné 15 qui alimente le dispo- sitif de balayage 12 ou 13 en impulsions de balayage par l'intermédiaire du circuit de porte 22; en Rime temps commence le comptage du nombre d'impulsions de balayage ainsi fournies (étape 100). Ce comptage se poursuit jusqu'à ce que le premier signal du tableau 11 soit détecté (étapes 102 et 104). Lors de la 25604.08 détection du premier signal, le microcalculateur 18 transfère le niveau de potentiel du signal à ce moment à la mémoire 19, de sorte que ce niveau de potentiel s'enregistre dans la mémoire 19 (étape 106). Après enregistrement du niveau de potentiel, on répète l'opé- ration de comptage (étape 108). Lors de la détection du signal suivant par le crayon 14, le microcalculateur 18 transfère le niveau de potentiel à cet instant vers la mémoire 19 de la même manière que pour l'étape 106 de façon que la mémoire 19 enregistre ce second niveau de potentiel (étape 110). Le second niveau de poten- tiel est comparé au premier niveau de potentiel (étape 112) et si le premier niveau est inférieur au second, il y a une nouvelle opération de comptage par addition (étapes 114 et 108). Le comptage par addition, la détection de potentiel et la comparaison sont des opé- rations effectuées de façon répétée Jusqu'à ce que l'on détecte une réduction du niveau de potentiel comme décrit ci-dessus (étapes 108, 110 et 112). Lorsque le niveau de potentiel qui a été détecté à l'échantillon- nage précédent augmente par rapport au niveau de poten- tiel courant, l'opération répétitive se termine (étape 114). Puis, le niveau de signal le plus élevé d est détecté au cours de cette opération répétitive, la valeur de comptage X1 à ce moment, le niveau de signal b détecté avant que le niveau de signal le plus haut ne soit détecté et le signal a détecté après la détec- tion du niveau de signal le plus haut sont des gran- deurs enregistrées à des adresses prédéterminées (étape 116). Les niveaux de signaux enregistrés b et a sont comparés l'un à l'autre (étape 118) de façon détermi- ner de quel côté (à droite ou à gauche par rapport au conducteur X1 adjacent au crayon 14) se trouve le contact avec le crayon 14. En fonction de ce jugement, les calculs prédéterminés sont effectués suivant J3 l'expression de l'étape 120 lorsque le niveau de signal b est supérieur au niveau de signal a alors que selon l'expression de l'étape 122, la première grandeur est inférieure a la seconde, ce qui permet de déterminer la position de contact du crayon 14. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Appareil d'entrée de schéma caracté- risé en ce qu'il comporte un tableau (11) ayant une matrice composée de deux ensembles de conducteurs (X1, X2...' X n, XS, XE et Y., Y1 ''' Yn y 5, YE) répartis à des intervalles suivant les axes de coordonnées, une paire de moyens de balayage (12, 13) reliés res- pectivement aux deux ensembles de conducteurs (Xn, Yn) pour alimenter successivement les conducteurs des en- sembles respectifs en impulsions de balayage, un crayon (14) pour détecter l'application de l'impul- sion de balayage à l'un des conducteurs adjacents (Xn yn) lorsque le crayon (14) est placé sur le tableau (11), de façon à fournir des signaux de position, un circuit de sélection pour choisir au moins trois des signaux de position, respectifs ayant des poten- tiels électriques plus élevés et un circuit de travail pour déterminer la position du crayon (14) de façon que l'un des trois signaux de position ayant le niveau le plus élevé soit considéré comme signal de référence et que les soustractions soient effectuées entre le signal de référence et cha- cun des trois autres signaux de position choisis pour obtenir deux différences de potentiel, la position du crayon (14) se déterminant à partir du rapport entre les deux différences de potentiel. ) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de travail se compose d'un convertisseur (27) pour numériser chacun des signaux de position et d'une mémoire (19) pour enregis- trer le signal numérisé sous la forme d'un niveau de potentiel, la mémoire (19) étant commandée de façon à enregistrer le signal numérisé seulement lorsqu'il existe un signal de sortie du moyen de sélection. 3 ) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de travail est cons- titué par un calculateur (18) appliquant les impulsions de balayage à la paire de moyens de balayage (12, 13) et comptant le nombre d'impulsions de balayage appli- quées, l'application et le comptage des impulsions de balayage étant arrêtés en fonction du signal du cir- cuit de sélection.