CN1049415A - 通用电子计算机算盘接口装置 - Google Patents

Abstract

属于将电子计算机和算盘相联的接口装置。由 13个串联的过重复周期开关电路，13个编码、13个 译码电路和10个三态门组成，算珠通过反射式红外 光控装置控制编码电路，而时钟脉冲输入到过重复周 期开关电路，使其依次出现延时信号控制13档编码、 译码电路。从而保证代表0～9 10个数值的10条共 用线依次传输。本发明充分发挥计算机和算盘的各 自优点，可大大提高运算效率。

Description

本发明属于将算盘与电子计算机进行联接的接口装置。

众所周知算盘是中国一种古老的计算工具，由于其具有操作方便，运算简捷、成本低廉等优点，在电子计算器、电子计算机如此发展的今天，算盘在金融、财政以及其它行业中，仍然发挥着重要的作用。特别是它具有练脑、练手、启迪智力的作用，在七十年代未到八十年代初，日本、美国等一些工业发达国家也进口了大量中国算盘，美国的许多学校甚至开设了珠算课。

算盘最典型的优点在于置数和运算几乎同时完成。高位数字的置入要比电子计算机按键式置入进度快的多。尤其高位数字的多次累加式递减更是如此，电子计算机的运算速度再高，而人工输入数字的速度，尤其是修改高位数字的速度相对来说是很慢的，使得电子计算机的快速优点得不到充分发挥。而算盘不能存储数据，也不能把运算结果打印出来，只能用人工书写记录结果。

本发明的目的是设计一种将东方古老的运算工具算盘和先进的电子计算机联接起来的接口装置，开拓新型、快速的电子计算机，以便充分发挥算盘和现行电子计算机的各自优点，从而进一步提高运算效率。

为此，本发明采用如下方案：

它由13个相同的编码电路（F₁～F₁₃），13个相同的解码电路（E₁～E₁₃）、13个相同的过重复周期开关电路（T₁～T₁₃）、10个三态门（S₁～S₁₀）组成，如图1所示。其联结情况是这样：13个编码电路（F₁～F₁₃）的基准周期脉冲输入端联在一起后和时钟脉冲CP₁联接。每个编码电路的输出端又分别和上述的13个解码电路（E₁～E₁₃）中相应1个的基准周期脉冲输入端相联，F₁～F₁₃各自的控制端分别接上述13个过重复周期开关电路（T₁～T₁₃）相应输出端，而T₁～T₁₃中每1个输出端接下1个的输入端，这样，这13个过重复周期开关电路（T₁～T₁₃）串联为一个首尾相接的链式电路。此外每1个过重复周期开关电路的输出端接相应1个解码电路的强复位端 MR，其中第1个过重复周期开关电路T₁的基准周期脉冲输入端接作为基准周期脉冲的时钟脉冲CP₂，而每个解码电路的基准周期脉冲输入端接时钟脉冲CP₁，其各自的10个脉冲输出端（0～9）分别接上述10个三态门（S₁～S₁₀）相应1个的控制端。

13个编码电路（F₁～F₁₃）结构完全相同。如图2所示每个编码电路分为“上珠”电路和“下珠”电路两部分，其中“上珠”电路包括两个反射式红外光控装置（L₁、L₂）、6个相同的过重复周期开关电路（T₁₄～T₁₉）、两个与门（&₁、&₂）及两个二极管（D₁、D₂），上述的“下珠”电路包括4个反射式红外光控装置（L₃～L

）、4个过重复周期开关电路（T₂₀～T₂₃）、3个异或门（N₁～N₃）、1个非门P、1个三态门S₁₁、5个与门（&₃～&₇）、4个二极管（D₃～D₆）。上述编码电路各部件的联接情况：“上珠”电路中6个过重复开关电路（T₁₄～T₁₉）首尾相接串联成链式电路，两个反射式红外光控装置（L₁、L₂）各自输出端分别接与门&₁、&₂的相应输入端B，&₁另1个输入端A接过重复周期开关电路T₁₄与T₁₅输出、输入端相联处，&₂另1个输入端A则接过重复周期开关电路T₁，的输出端，&₁、&₂各自的输出端分别经相应二极管D₁、D₂隔离后共同接上述“下珠”电路中的过重复周期开关电路T₂₀输入端以及三态门S₁₁输入端，T₂₀、T₂₁、T₂₂、T₂₃串联后组成链式电路，T₂₀、T₂₁、T₂₂、T₂₃各自输出端分别接与门&₄、&₅、&₆、&₇相应的1个输入端A。红外反射式光控装置L₃、L₄、L₅、L₆各自输出端分别接3个异或门N₁、N₂、N₃、和与门&₃的相应的1个输入端A，N₁、N₂、N₃、与&₃的输出端Y分别接4个与门&₄、&₅、&₆、&₇相应的另1个输入端B。非门P的输出端接三态门S₁₁控制端而“下珠”电路中的4个与门&₄、&₅、&₆、&₇的各自输出端分别经过4个隔离二极管D₃、D₄、D₅、D₆、进行隔离后联在一起，作为编码电路的输出端接E。此外，编码电路6个反射式红外光控装置L₁～L₆结构均相同，每个均由1个发光二极管IR、1个三极管BG₃及1个光敏管DU、2个电阻R₅、R₆组成。上述的13个解码电路（E₁～E₁₃）相同，每个解码电路结构如图3所示，它由13个过重复周期开关电路（T₂₃～T₃₇）、13个与门（&₃～&₂₀）组成，其中的T₂₃～T₃₇首尾相接串联成链式电路，T₂₃～T₃₇各自的强复位端 MR相互联在一起，T₂₃～T₃₇各自输出端分别接13个与门（&

～&₂₀）相应的1个输入端A，&

～&₂₀各自的另1个输入端B相互联在一起。T₂₃的输入端接时钟脉冲CP₁。

本发明中所采用的过重复周期开关电路（T₁～T₃₇）的电路结构完全相同，每个过重复周期开关电路均由两个受控单稳态延时电路（Ⅰ）（Ⅱ）、1个选通电路（Ⅲ）组成，如图4所示。其中第一个、第二个受控单稳态延时电路（Ⅰ）（Ⅱ）的输出、输入端相联，第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）输出端接选通电路（Ⅲ）输入端，选通电路（Ⅲ）选通端和第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）输入端，即整个过重复周期开关电路的输入端联接。下面结合图6进行详细说明。第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）由1个555时基集成电路片IC₁、1个三极管BG₁、两个电阻R₁、R₂、两个电容C₁、C₂组成，BG₁基极通过R₁接开关电路输入端，其集电极接地，发射极接IC₁6、7脚，同时接C₁的一端，C₁另一端接地，R₂一端接电源正极，另一端接IC₁6、7脚及BG₁发射极，IC₁2脚和开关电路输入端相联。第二受控单稳态延时电路（Ⅱ）包括1个555时基集成电路片IC₂、1个三极管BG₂、两个电阻R₃、R₄，两个电容C₃、C₄。其中的BG₂基极通过R₃与上述的第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）输出端即IC₁3脚联接，BG₂集电极接地，而其发射极接IC₂6、7脚，同时又和C₃一端联接，C₃另一端接地，R₄一端接电源正极，其另一端接IC₂6、7脚及BG₂发射极，上述的选通电路（Ⅲ）由1个555时基集成电路片IC₃和1个电容C₃组成，其中的IC₂，2、6脚相联后接开关电路输入端，IC₃1脚接地，5脚和C₃一端相联，C₃另一端接地。IC₁、IC₂、IC₃的8脚均接电源正极。

在第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）中，当开关电路输入端为“0”时，IC₁3脚输出“1”，此时根据555时基集成电路片的特性，7脚截止，C₁开始充电，由于BG₁基极为“0”，因此BG₁处于饱和导通状态，C₁被短路，只要开关电路的输入端始终为“0”，那么第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）的输出端即3脚输出信号始终为“1”。第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）工作原理与（Ⅰ）相同，即当其输入端，即IC₂2脚始终为“0”，其输出端输出信号始终为“1”。在选通电路（Ⅲ）中，IC₃2脚与6脚相联后为选通端，当该端为低电位，即＜1/3EC时，此选通电路（Ⅲ）输入端，即4脚为高电位端，这样，利用555时基集成电路片特性，选通端为“0”，输入端为“1”，整个开关电路输出信号为“1”。当选通端为高电位，即2/3EC时，输入端为低电位，此时选通端输入为“1”，输入端为“0”，整个开关输出为“0”。由上所述，当整个开关电路输入端输入为“1”时，第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）输出端，即IC₁3脚输出为“0”，第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）输出端，即IC₂3脚输出为“1”，但选通电路选通端即IC₃相联的2脚、6脚仍处于高电位，亦为“1”，整个开关电路输出仍为“0”。只有整个开关电路输入端再度为“0”，这时由于第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）处于延时状态，其输出端仍为“1”，选通电路（Ⅲ）输入端处于高电位，即为“1”，此时整个开关电路输入端为“0”，因此选通电路选通端处于低电位，即为“0”，因而使整个开关电路输出为“1”。

如果把10个这样的过重复周期开关电路（T）串联起来，组成如图8所示的链式电路，那么它们的输出端依次输出如图9所示的10个脉冲波形，使每个过重复周期开关电路的延时时间等于或稍小于时钟脉冲CP₁周期的十分之一，此时钟脉冲CP₁是作为基准周期信号脉冲。这样，在1个基准信号脉冲的周期内就包含有上述10个过重复周期开关电路（T）的脉冲，图9中的方波t就表示时钟脉冲CP₁的周期波形。如果使图8中的10个串联的过重复周期开关电路（T）增加10个与门（&），并使每个与门的一个输入端A与此10个过重复周期开关电路（T）的输出端中相应1个相联，如图10所示。其中Y₀～Y₉分别表示10个与门（&）相应的输出端。如果作为基准脉冲信号的时钟脉冲CP₁在于某一时刻，某一过重复周期开关为“1”的话，那么与此相接的与门，如与第6个周期开关相接的1个与门的输出端Y₆也将输出为“1”，Y₀～Y₉10个输出端输出的10个脉冲信号分别位于时钟脉冲CP₁1个周期内的不同位置，因而就代表了0～9不同的数值。

图10所示的电路就称为并行输出式“单脉冲运算法的编码电路”。如果其10个输出端y₀～y₉分别串接1个相应的隔离二极管D后联在一起，则称为串行输出，如图11所示。

本发明的编码电路（E）结合图2说明，首先说明两个问题。

1、珠算每挡位中“上珠”在不“靠梁”时梁距应为1个半珠，“下珠”在不“靠梁”时和梁距离为3“粒珠”。

2、珠算每挡位中参加运算的“上珠”是1粒，“下珠”为“4粒”，顶珠、底珠一般不动。

当算盘中某一挡位“下珠”的第1个珠靠梁时，红外光控装置L₃产生信号，到达相应的异或门N₁，N₁输入端A为“1”，因此输出为“1”。当第2个珠上拨到位时，红外光控装置L₄输出信号，此时N₁的两个输入端A、B均为“1”，因此N₁输出为“0”N₂输出“1”。当第3个珠上拨到位时，同理N₂输出为“0”，异或门N₃输出为“1”。当第4个珠上拨到位时，红外光控装置L₆输出“1”到与门&₃的A端，&₃输出为“1”，此时N₃输出为“0”。“上珠”电路输出信号送到“下珠”过重复周期开关电路的输入端。“上珠”输出为零值，编码电路输出为零值，当“上珠”中表示“5”的珠下拨靠梁时，编码输出进到第5位，如果此时下珠表示“2”，那么总的输出通过译码电路则是“7”，如果此时下珠表示“0”，译码电路则是“5”。表示其他数值的原理是一样的。只要下珠第1珠靠梁，三态门S₁₁悬空，上珠信号只能输入到T₂₀。

译码电路（E）的工作原理结合图4加以说明。

当需要进行译码的脉冲信号输入到图4所示的译码电路输入端时，10个过重复周期开关电路（T）组成的串联链式电路会依次出现“1”的脉冲，相应的与门上的两个输入端A、B均为“1”，那么，此时对应于A、B输入端均为“1”的这个与门的输出端将会有“1”的信号输出。这一信号就是所需要的译码信号。

本发明原理结合图1进行说明。

由13个过重复周期开关电路（T₁～T₁₃）组成串联链式电路中每个过重复周期开关电路的延时时间是和作为基准脉冲信号的时钟脉冲CP₁的全部重复周期相等，而时钟脉冲CP₂周期是CP₁的13倍。

链式过重复周期开关电路（T₁～T₁₃）依次出现的延时信号控制着13个挡位编码器（F₁～F₁₃）及13个译码器（E₁～E₁₃），使其从左到右依次启闭。只有输出为“1”的延时时刻到达某一挡位，这一挡位的电路才工作，其他时间都被置“0”，这样就保证了13挡位有条不稳地从左到右依次向外输出信号，也就保证了分别代表0～9的10个输出端依次传输13挡的信号。使13个译码电路（E₁～E₁₃）中每个译码电路的10个输出端分别接10个三态门（S₁～S₁₀）中相应的控制端，而S₁～S₁₀的输入、输出端分别接入电子计算机键盘中0～9数字键的相应行线和列线。

本发明是将通用电子计算机和算盘联接起来的接口装置，因而能够充分发挥两者的各自优点，使其成为一种高运算效率的新型电子计算机，而在金融、财政、科研等行业中发挥重要作用。本发明使用方便，操作简捷，直接安装在电子计算机键盘上即可使用。

本发明除了适用13挡位的算盘外，还可根据不同挡位的算盘，相应增加或减少编码电路、译码电路及过重复周期开关电路的数目即可，故通用性极强。

图1为本发明结构示意图。

图2为单个编码电路原理图。

图3为单个译码电路原理图。

图4为过重复周期开关电路方块结构图。

图5为过重复周期开关电路的输入、输出波形图。

图6为过重复周期开关电路的电路原理图。

第一个、第二个受控单稳态延时电路（Ⅰ）（Ⅱ）的输入、输出端分别是IC₁、IC₂的2脚和3脚，选通电路（Ⅲ）的输入端为IC₃4脚，输出端亦即开关电路输出端为IC₃3脚，其选通端为IC₃的“2”、“6”脚，IC₃4脚为强复位端 MR。

图7为反射式红外光控装置电路原理图。

红外光敏管DU集电极和发光二极管IR的正极均接电源正极V_CC，三极管BG₃发射极经电阻R₉接地，DU发射极经电阻R 亦接地。当BG₃基极处于高电位，即“1”时，BG₃导通，IR通电而发光，R₃起限流保护作用，R₆为DU负载电阻。

图8为10个过重复周期开关电路（T）串联示意图。

其中A₀～A，分别表示10个过重复周期开关电路（T）的相应输出端。

图9为图8所示的10个串联过重复周期开关路（T）输入的时钟脉冲CP₁的波形和输出的10个脉冲波形示意图。

由图8、图9不难看出，10个过重复周期开关电路（T）的相应10个输出端（A₀～A₉）输出的这10个脉冲位于时钟脉冲CP₁的1个周期内。

图10并行输出的编码电路原理图。

图11串行输出的编码电路原理图。

本发明亦可把图1中所示的0～9个数值的10条开关总线的开关信号直接接到用通用电路转换成表示0～9数值的二进制信号，再借助电子计算机备用插口输入。

Claims (8)

1、一种将算盘与通用电子计算机联接一起的接口装置，其特征在于，是由13个编码电路(F₁～F₁₃)、13个解码电路(E₁～E₁₃)、13个过重复周期开关电路(T₁～T₁₃)、及10个三态门(S₁～S₁₀)组成，所述的13个编码电路(F₁～F₁₃)的基准周期脉冲输入端联在一起后接时钟脉冲CP₁，其中每个编码电路的输出端又分别与所述13个解码电路(E₁～E₁₃)中相应1个解码电路输入端相联，F₁～F₁₃的控制端分别接所述的过重复周期开关电路(T)的输出端，此13个过重复周期开关电路(T₁～T₁₉)串联一起，每个过重复周期开关电路输出端接相应1个解码电路的强复位端 MR，其中第1个过重复周期开关电路输入端接时钟脉冲CP₂，每个解码电路基准周期脉冲输入端接时钟脉冲CP₁，每个解码电路有10个脉冲输出端(0～9)，此10个脉冲输出端(0～9)分别接10个三态门(S₁～S₁₀)中相应1个控制端G。

2、根据权利要求1所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述的每个编码电路均由“上珠”电路和“下珠”电路组成，其中“上珠”电路包括两个反射式红外光控装置（L₁、L₂）、6个过重复周期开关电路（T₁₄～T₁₉）、两个与门（&₁、&₂）及两个二极管（D₁、D₂），“下珠”电路包括4个反射式红外光控装置（L₃～L₆）、4个过重复周期开关电路（T₂₀～T₂₃）、3个异或门（N₁～N₃）、非门P与三态门S₁₁、5个与门（&₃～&₇）、5个二极管（D₃～D₇），所述的“上珠”电路中6个过重复周期开关电路（T₁₄～T₁₉）串联一起，红外光控装置L₁输出端接与门&₁的1个输入端B，&₁另1个输入端A接T₁₄输出端，红外光控装置L₂输出端接与门&₂的1个输入端B，&₂另1个输入端A接T₁₉的输出端，两个与门（&₁、&₂）各自的输出端Y分别经1个隔离二极管（D₁、D₂）后共同接“下珠”电路的T₂₀输出端和三态门S₁₁的输入端，而T₂₀、T₂₁、T₂₂、T₂₃串联后，它们各自输出端分别接与门&₄、&₅、&₆、&₇相应的1个输入端A，此外，L₃、L₄、L₅、L₆各自的输出端分别接异或门N₁、N₂、N₃和与门&₃的输入端A，而N₁、N₂、N₃及&₃的各自输出端Y分别接与门&₄、&₅、&₆、&₇的另1个输入端B，非门P输出端接三态门S₁₁，控制端G，T₂₀、&₄、&₅、&₆、&₇各自输出端分别经过1个隔离二极管（D₃、D₄、D₅、D₆、D₇）后联在一起。

3、根据权利要求2所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述的每个反射式红外光控装置均由1个发光二极管（IR）、1个光敏管DU、1个三极管BG₃、2个电阻R₁、R₂组成，其中DU集电极与IR的正极均接电源正极V_CC，BG₃发射极经R₁接地，DU发射极经R₂接地。

4、根据权利要求1所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述的解码电路由10个过重复周期开关电路（T₂₄～T₃₃）、10个与门（&

～&₁₇）组成，其中的T₂₄～T₃₃相互串联后，其各自的强复位端 MR联在一起，T₂₄输入端接时钟脉冲CP₁，T₂₄～T₃₃各自输出端分别接&

～&₁₇的相应输入端A，& ～&₁₇的另1个输入端B相互联在一起，作为串行输入端。

5、根据权利要求1所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述每个过重复周期开关电路均由两个受控单稳态延时电路（Ⅰ）（Ⅱ）、一个选通电路（Ⅲ）组成，所述的第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）输出端与第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）输入端联接，第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）输出端则接选通电路（Ⅲ）输入端，此外，选通电路（Ⅲ）选通端和延时电路（Ⅰ）输入端，即整个过重复周期开关电路的输入端联接。其中第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）由555时基集成电路片IC₁、三极管BG₁、两个电阻（R₁、R₂）、两个电容C₁、C₂组成，BG₁基极通过R₁接开关电路输入端，其集电极接地，其发射极接IC₁6、7脚，同时又与C₁的一端联接，C₁另一端接地，R₂一端接电源正极V_CC，另一端接IC₁6、7脚及BG₁发射极，IC₁2脚接开关电路输入端，第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）由555时基集成电路片IC₂、三极管BG₂、两个电阻（R₃、R₄）、两个电容（C₃、C₄）组成，BG₂基极通过R₃与所述第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）输出端相联，BG₂集电极接地，发射极接IC₂6、7脚，同时又与C₃一端联接，C₃另一端接地，R₄一端接电源正极，其另一端接IC₂6、7脚及BG₂发射极，IC₂2脚接IC₁3脚，所述的选通电路由555时基集成电路片IC₃与电容C₃组成，IC₃2、6脚相接后和开关电路输入端相联，其1脚接地，5脚与C₃一端联接，C₃另一端与地相联。

6、根据权利要求5所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述的第一个受控单稳态延时电路（Ⅰ）的输入端是IC₁2脚，输出端是其3脚，所述的第二个受控单稳态延时电路（Ⅱ）的输入、输出端分别是IC₂2脚，3脚，所述的选通电路（Ⅲ）的输入端为IC₃4脚，输出端亦即开关电路输出端为IC₃3脚，选通输入端为IC₃“2”、“6”脚，IC₂的4脚为强复位端 MR。

7、根据权利要求1所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，表示0～9数值的10条开关总线的开关信号分别接10个三态门（S

～S₉）的相应控制端，而三态门（S

～S₉）的输入、输出端分别直接和相应的0～9、10个数字键的引线和列线联接，或者所述的10条开关总线直接利用通用电路转换成表示0～9数值的二进制信号，再借助电子计算机备用插口输入。

8、根据权利要求1所述的通用电子计算机算盘接口装置，其特征在于，所述的编码电路（F）、解码电路（E）及过重复周期开关电路（T）的个数视算盘的挡位数增加或减少。

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