CN2643422Y - 数字电路智力玩具 - Google Patents

Abstract

本实用新型由印制电路板，电子元件，短路块插座，短路块和插针和电池组成，其特征是：印制电路板上每个集成器件在多用可变电路位置点焊上短路块插座，短路块插入不同位置连成功能不同的电路，并通过纵向和横向连线上的短路块插座，能选择性插入短路块实现各集成器件相互连接的复杂综合应用电路。本实用新型有适合中小学生特长教育和学习信息技术的基础电路教学的普及型，适合计算机、信息、自动控制、机电仪及电子类各理工科大专院校和各职业技术院校学生使用的专业型，和适合中老年人休闲娱乐的益智型三个品种系列。

Description

数字电路智力玩具

                              技术领域

本实用新型所要求保护的技术方案涉及益智玩具和数字电路实验演示的文教用具。

                              背景技术

现有电子积木是由专用模块用搭扣连接成电路，每个电路都需专用模具，仅限于简单电路。为能搭接复杂综合应用电路在CN1304121专利中是用双层相同大小印制电路板和电路元件焊接在印制板上用插针插入来连接电路，这与现有的实验板(俗称面包板)相比，省去了两头焊有专用插头的连线，使用方便，但既有固定焊接，又有可变的插针插入连接部分在批量焊接时工艺繁杂不便。

                              发明内容

本实用新型要求保护的技术方案解决的技术问题是提供一种可供入门初学者边插边学的数字电路智力玩具和数字电路实验板。

本实用新型的技术方案如下：数字电路智力玩具有印制电路板、电子元件、插针、短路块插座、短路块和电池组成，印制电路板上每个集成器件在多用可变电路位置点焊上短路块插座，短路块插入不同位置连成功能不同的电路，并通过纵向和横向连线上的短路块插座，能选择性插入短路块实现各集成器件相互连接的复杂综合应用电路。集成器件有双D型触发器4013、双J-K触发器4027、数码管、BCD一琐存/7段译码器/驱动器4511、可预置BCD加/减计数器4510、晶振、14位二进制串行计数/分频器4060、7位二进制串行计数/分频器4024、四双向模拟开关4066、六反相器4069、四2输入端与门4081、四2输入端或门4071、四2输入端与非门4011、四2输入端或非门4001、四异或门4070、单定时器555、十进制计数/分频器4017、4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035、六斯密特触发器40106、霍尔开关、红外开关、光电开关、水银开关、尿湿开关、舌簧开关、硅光电池、光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻、电机、喇叭、话筒、外接插座和由插针连通的双层印制电路板按电路要求自行选用20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件的20P和16P插座，印制电路板按笛卡尔坐标编号，每个短路块插座点上都有其对应的X坐标和Y坐标号数，短路块插座用红色、绿色、兰色及黄色按电路颜色标准的要求分别对应表示电源VD、电源VS、输入端及输出端各点，其余各色区别表示各纵向和横向短路块插座，插练时可按电路给定的坐标位置号数插入短路块连接电路，也可按电路色标特徵插入短路块连接电路，各集成器件的输入端用由短路块连接置数接电源VS的“0”端及接电源VD的“1”端，有红色、绿色、红绿双色及5×7点阵显的发光二极管由短路块连接各集成器件的输入和输出指示灯显示，用短路块给输入端置数和输出连接指示灯可演示各器件的真值表及布尔代数的一般定理和特殊定理。有蜂鸣器、红色发光二极管及可自动恢复的保险丝组成短路保险报警。插错短路时，蜂鸣器和指示灯报警直至除去短路时，报警停止，电路自动恢复正常。

在双D型触发器4013和双J-K触发器4027中，用短路块连接电阻、电容、二极管与4013组成交通控制器，用短路连接3位半计数显示中高位数码管与4027组成高位“1”和负数符号“-”显示，用短路块连接4013、4027与4个数码管DP点笔段组成指示灯显示的4位二进制计数。

在3位半计数数字显示中，高位数码管用短路块选择笔段连接电源VD显示成数字，3个BCD一琐存/7段译码器/驱动器4511的灯管测试、消隐及琐存和3个可预置BCD加/减计数器4510的清零、置数、加计数、减计数、进位数或借位的输出与输入及时钟输入皆用短路块选择连接电源VD来控制其所要求的电位，数码计数显示单元短路块选择连接成1位、或2位、或3位、或3位半十进制计数，在4510输出Q1、Q2、Q3及Q4端和4511输入A、B、C及D端之间分别接在一对串联二极管的阴极与阳极相连端上，选用上端二极管阳极由短路块连在4对二极管的共线上，共线由短路块连在经电阻接在电源VD端组成与门电路，再用短路块按进位数要求与时钟输入及清零端连成非十进制的任意整数进制的计数，或选用下端二极管阴极由短路块连在4对二极管的共线上，共线由短路块连在经电阻接在电源VS端组成或门电路，用作十进制加计数转换为减计数时的过零信号控制计数显示的正号和负号“-”的转变。

14位二进制串行计数/分频器4060和7位二进制串行计数/分频器4024的时钟输入脉冲源用短路块选择连接由晶振和反相器组成的振荡源或外引振荡源，外引振荡源由电阻及电容用短路块选择与反相器4069，或与斯密特触发器40106、或与定时器555连接多谐振荡器，4060和4024的各个分频输出经总线，用短路块选择为本电路板脉冲串源，还有8个二极管的阴极连在4024时钟输入和7个分频输出端，8个二极管的阳极经短路块按分频输出的组合为所要的频率连成与门电路的共线输出，此输出再用短路块和电阻、电容及4024清零端并联在一起，用所要的频率在输出之后延时给4024一个清零信号。

四双向模拟开关4066的4个输入/输出，用短路块选择4个电阻或4个电容连接成数控电阻或数控电容，其中有一个电阻档及一个电容档是插座，其电阻及电容皆可变，用短路块将电阻及电容组合连成积分电路或微分电路，用短路块将电阻及电容的组合与555、或与4069、或与4013、或与40106连成多谐振荡器，或与555、或与4013、或与40106、或与4069及4001连成单稳态电路，或与4011及4069连成倍频电路，或与4070连成脉冲边沿输出电路等等不便一一例举。

两个14P插座用于4双输入端中4001、4011、4070、4071、4081及4093的互换，插座上下两边分别有左右两组，每组有一个输出端和另一组的一个输入端用短路块连成，一级或上下两级相连的并用4001或4011组成的R-S触发器，各输入端和输出端有选用短路块连接发光二极管指示灯，和输入端有用短路块置数连接电源VD的“1”端及连接电源VS的“0”端，验证基本逻辑门的真值表，并与反相器4069用短路块配连组合逻辑电路和验证布尔代数一般定理及特殊定理，Q-1律、自等律、重叠律、互补律、非非律、吸收律、摩根定理及多余定律等等。反相器4069和斯密特触发器40106也有两个14P插座可互换器件，4069的三个反相器、电阻和电容用短块连成三组放大器，40106、电阻、电容及二极管用短路块连成脉冲展宽电路，再用短路块连在本电路板上各传感器输出的共线上，消除传感器的输出抖动噪声，各传感器用短路块选用连接。

十进制计数/分配器4017中Y0-Y9与5×7个发光二极管用短路块连成点阵扫描显示，每个发光二极管按其发光构成的字符用短路块选连其通断，时钟输入CP及EN端、清零Cr端和输出QC0端用短路块与纵向连线相连，4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035中输入P0-P3端、J- K触发器的J和 K端、串/并控制P/S端、原码/反码控制T/C端、清零Cr端和时钟输入CP端皆用短路块可选择的连接电源VD的“1”端，或由横向连线外引连接，输出Q0、Q1、Q2、Q3端与5×7个光二极管分成四组用短路块相连，由移位寄存器的置数P0、P1、P2、P3端用作纵向扫描，并和4017Y0-Y9组成纵横同步扫描显示。

20P和16P插座和插座上方的双层印制电路板是用插针连电路(详见CN1304121专利)是用来任选20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件组成自行设计电路，并通过纵向和横向连用短路块有选择的与其左边、右边及上边各集成器件电路相连接，充分利用本电路板上各集成器件，只需选用1-2个本电路板上没有的集成器件完成创新设计电路的验证，若选用2个集成器件不够用，本电路板上的集成器件都是插座连接的，可选用相同插脚数的集成器件替换电路板上的集成器件。

上述电路是为说明本实用新型举例的普及型，适合中小学生特长教育及学习信息技术硬件电路基础教学。在此普及的基础上加以增或减的组合为适合计算机、信息、自动控制、机电仪及电子类理科大专院校和各类职业技术院校学生使用专业型和适合老人或成人休闲娱乐的益智型三个品种系列。

本实用新型的优点：

1短路块相当于棋子，印制电路板相当于棋盘，数字电路相当于棋谱，短路块插在印制电路板的短路块插座上相当于棋子走在棋盘上，一一对应，名符其实的智力玩具。这种构思奇巧，出人意料，具有开拓性。

2本专利是常用实用主题，市场广、销量大，根据《中华人民共和国2001年国民经济和社会发展统计公报》的统计数据显示，2001年我国共有中小学生超过21000万人，若根据市场的平均水平可以确定，在专利产品进入市场的初期每年会有千分之一的学生购置本专利产品，则其年需求量达21万套。同理类推专业型的每年需求量达0.84万套。益智型按万分之一的中老年人需求量是每年6万套。

3本产品迎合当前提高素质时代，智力投资的消费心理。

4工艺结构简单，功能实用方便，朴实中含智慧。

5成本低，技术难度低，精密度要求宽，原材料易得，利润高。

6本专利产品是可持续发展，预计20年后，计算机用纳米三极管集成件或生物基因元件时，它然是立在二进制的数字电路基础上，本专利只是发展中不断更新元件。

                              附图说明

图1是本实用新型系统框图；

图2是本实用新型印制电路板；

图3是本实用新型用短路块连成指示灯显示四位二进制计数；

图4是本实用新型数字显示计数部分印制电路板；

图5是本实用新型分频、四双向模拟关和六相反相器部分印制电路板；

图6是本实用新型四2输入端门电路和六斯密特触发器部分印制电路板；

                           具体实施方式

图1是本实用新型系统框图。图中1是电源插座。2是蜂鸣器。3是电源开关。4是警示灯。5是自动复位保险器。6、8、10和12是数码管。7、9和11是BCD一琐存/7段译码器/驱动器4511。13是晶振。14是14位二进制串行计数/分频器4060。15是7位二进制串行计数/分频器。16是单定时器555。17是水银开关。18是外接电机插座。19是十制计数/分频器4017。20和38是电位器。21是双J-K触发器4027。22、23和24是可预置BCD加/减计数器4510，25是四双向模拟开关4066。26是六反相器4069。27和28是四双向门电路4001、4011、4070、4071、4081和4093的互换共用。29是5×7个发光二极管。30是SA点动按钮。31、32和33自选备用传感器。34和35是两组四个发光二极管。36是双D型触发器4013。37是四位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035。39是红绿双色发光二极管。40外引插座。41和44是用作自选20P、18P、16P、14P和8P集成件的通用插座。42是光电开关。43是硅光电池。45是光敏电阻。46是舌簧开头。47是喇叭。48是尿湿开关。49是外引插座。50是斯密特触发器40106。51是霍尔开关。52是热敏电阻。53是自选备用传感器。54是湿敏电阻。55是话筒。56是红外开关。还有二极管，三极管等分立元件未在图中列入。

为突出重点以下各图，省略某些元件和两点或多点标注相同字母之间的连线。力求简洁清晰的分别说明各部分电路。图中未连接元件的圆圈点是短路块插座。每点分别用两位数字表示X和Y的坐标。如(1107)中11是X坐标数，07是Y坐标数。

图2是本实用新印制电路板。因幅面所限，仅以左右两边板图来说明纵横网络连接的状况。由短路块插座组成连线的举例如下。纵向：左侧自下向上，(1107)连(1109)、连(1111)、连……(1135)；(1108)连(1110)、连(1112)、连……(1136)。右侧自下向上(7706)连(7708)、连(7710)、连……(7742)；(7707)连(7709)、连(7711)、连……(7741)。横向：(1221)连(1421)、连(1621)、连……(5621)；(1220)连(1521)、连(1721)、连(1921)、连……(5721)；集成器件之间(0223)连(0423)、连(0623)、连(0823)、连(1023)、连(1224)、连(5823)；(0323)连(0523)、连(0723)、连(0923)、连(0925)、连(1025)、连(1026)。

输入端用短路块置数举例，4027的R1、K1、J1和S1端的短路块插座：(0521)、(0621)、(0721)和(0821)；对R1、K1、J1和S1各端连接VD的置“1”端(0522)、(0622)、(0722)和(0822)，以及连接VS的置“0”端(0520)、(0620)、(0720)和(0822)。如若使R1端置“0”插入短路块使(0521)连(0520)。

输出端连接指示灯举例，4035Q0(8120)、Q1(8220)、Q2(8320)和Q3(8420)连接指示灯，插入短路块使(8120)连(8121)、(8220)连(8221)，(8320)连(8321)和(8420)连(8421)。每个输出端并联了多个发光二极管的阳极，尚需再用短路块分别连上各发光二极管的阴极，如插上四个短路块分别使(8122)连(8222)、(8124)连(8224)、(8322)连(8422)和(8324)连(8424)给Q0、Q1、Q2和Q3各连了一个发光二极管。

短路块只能连接邻近两点，但用纵横连线的插座，可以将电路板上的某点与板上其他任意点的连接。为此用图3举例说明。

图3是本实用新型是用指示灯显示四位二进制计数。图中用双J-K触发器4027、双D型触发器4013和4个数码管小数点dP组成指示灯显示的四位二进制计数。在图中未标注的未用的各端置“0”，4013：R1、S1及R2、S2和4027：R1、S1及R2、S2各端用短路块连在电源VS端分别使(0502)连(0503)、(0702)连(0703)、(0619)连(0620)、(0819)连(0820)和(0521)连(0520)、(0821)连(0921)、(0917)连(0817)、(0734)连(0733)、(1034)连(1033)。4027：K1、J1和K2、J2置“1”连接电源VD，插上短路块分别使(0621)连(0622)、(0721)连(0722)、和(0834)连(0835)、(0934)连(0935)。

4013：D1连 Q1插入短路块使(0607)连(0606)、(0406)连(0405)、(0307)连(0308)。Q1连dP3插入短路块使(1211)连(1311)、(1235)连(1335)。D2连 Q2和连CP1，插入短路块使(0716)连(0717)、(0616)连(0516)、(0419)连(0519)、(0415)连(0416)、(04103连(0409)。Q2连dP2插入短路块使(1218)连(1318)、(1336)连(1236)、(2336)连(2335)。4013CP2连4027 Q1，插上短路块使(0324)连(0323)、(0923)连(0922)、(0914)连(1014)。

4027；Q1连dP1插上短路块使(3226)连(3227)、(3238)连(3237)。 Q2连CP1插上短路块使(1234)连(1134)、(1222)连(1122)。Q2连dP0插上短路块使(4128)连(4127)、(3936)连(4036)。CP2连点动按钮SA，插上短路块使(1229)连(1129)、(1121)连(1221)、(2421)连(2422)。点动按SA是用作手控计数脉冲的输入，其中部分电路参见图4。

图4是本实用新型数字显示计数部分印制电路板。图中三个4511的琐存控制端LE、消隐端 BI和灯测端 LT是分别并联在短路块插上，三个4510的置数控制PE和加/减计数控制端U/D分别并联在短路块插座上，清零端Cr和时钟输入端CP0可以三个并联共用，也可单用。进位/借位输出端 QCO和输入端 CI可前级输出 QC0连后级输入 CI，也可不连单级使用。D4、D3、D2及D1是8421代码置数端。各输入端皆连有输入电阻，这样只需连接VD的置“1”端，不插短路块时即为置“0”。4510输出Q1、Q2、Q3及Q4端和4511的输入A、B、C及D端分别共连在一对二极管阴极和阳极串联点。

图5是本实用新型分频、四双向模拟开关和六反相器部分印制电路板。图中对应图1的13是晶振，17是水银开关、18是外接电机插座、20是电位器和33是自选备用传感器。R0、R1、R2和R3是组成数控电阻的4个电阻，R0是插座可任选电阻插入。C0、C1、C2和C3是组成数控电阻的4个电阻，C0是插座可任选电容插入。R4电阻是和数控电阻及数控电容与4069或555组成多谐振荡器。四2输入门电路4081、4071、4070、4093、4011和4001等集成件是互换通用插座，其下部电路见图6。

图6是本实用新型四2输入端门电路和六斯密特触发器部分印制电路板，图中B4与Y3、Y4与B3、B2与Y2及Y1与B2皆可插入短路块相连，每个四2输入端器件插座下边有四个发光二极管LED供各输入端及输出端插入短路块连用。有按六斯密特触发器或六反相器互换及其电路的特点布有与四2输入器件配连组成组合逻辑电路的短路块插座，选用非常方便。还有可与传感器输出总线相连的脉冲展宽电路的短路块插座。图中虚线相互插入的两组栅形线条板面上没有绝缘薄膜层，在尿湿或滴上水份时两组栅形线条相连导通。在4069下部的电阻R5、R6及R7和电容C4、C5、C6及C7是用来组三级放大器。左下方是由插针连通的双层印制电路板按电路要求自选集成器件的部分。

受版面图形单黑色所限，各图中短路块插座的色标未能标注出。以上各电路只是举例说明，在这有限的页数中难能全部加以细说。

Claims (3)

1  数字电路智力玩具有印制电路板、电子元件、插针、短路块插座、短路块和电池组成，其特征是：印制电路板上每个集成器件在多用可变电路位置点焊上短路块插座，短路块插入不同位置连成功能不同的电路，并通过纵向和横向连线上的短路块插座，能选择性插入短路块实现各集成器件相互连接的复杂综合应用电路。

2  按权利要求1所述数字电路智力玩具，其特征是：集成器件有双D型触发器4013、双J-K触发器4027、数码管、BCD一琐存/7段译码器/驱动器4511、可预置BCD加/减计数器4510、晶振、14位二进制串行计数/分频器4060、7位二进制串行计数/分频器4024、四双向模拟开关4066、六反相器4069、四2输入端与门4081、四2输入端或门4071、四2输入端与非门4011、四2输入端或非门4001 、四异或门4070、单定时器555、十进制计数/分频器4017、4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035、六斯密特触发器40106、霍尔开关、红外开关、光电开关、水银开关、尿湿开关、舌簧开关、硅光电池、光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻、电机、喇叭、话筒、外接插座和由插针连通的双层印制电路板，按电路要求选用20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件的20P和16P插座，印制电路板按笛卡尔坐标编号，每个短路块插座点上都有其对应的X坐标和Y坐标号数，短路块插座用红色、绿色、蓝色及黄色接电路颜色标准要求分别对应表示电源VD、电源VS、输入端及输出端各点，其余各色区别表示各纵向和横向短路插座，各集成器件的输入端有由短路块连接置数接电源VS的“0”端及电源VD的“1”端，有红色、绿色、红绿双色及5×7点阵显示发光二极管由短路块连接各集成器件的输入和输出指示灯显示，有蜂鸣器、红色发光二极管及可自动恢复的保险丝组成短路保险报警。

3按权利要求1所述数字电路智力玩具，其特征是：20P和16P插座和插座上方的双层印制电路板用插针连通电路，通过纵向和横向连线用短路块有选择的与其左边、右边及上边各集成器件电路相连接。

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