CN85101486A - 电子算盘 - Google Patents

Abstract

一种可作为计算器或计算机输入设备的电子算盘，它以给定算珠组合后所留下的相应空位表示数据，数学运算符号，小数点和其他指令；采用恒磁式传感器阵列和可移动开关式传感器阵列作为转换和传输信号的装置；并包括一个适应此种输入方式的编码电路，用于选择横梁上小数点定位标志的电路和检错电路。本发明解决了算盘与计算器之间的传输问题，创造了一种新的计算工具。

Description

本发明为会计，统计和现金出纳等人员提供了一种常用计算工具，同时为计算器和微型计算机等设备提供了一种新的输入方式和装置。

目前，常用的计算工具有算盘、计算器和计算机。它们各具特色。算盘是一种传统的计算工具，用它作加减法运算时，可做到“珠动数出，珠停结果现”。用算盘进行运算时，还能做任一位的改错。并且可通过算珠的位置直观地表示操作时的错误动作。但是，用算盘作乘除运算时却很复杂，方法也很难掌握。与算盘相比较，计算器是一种轻便的计算工具。虽然，用计算器作乘除法比用算盘快，但用计算器作加减法却比用算盘慢。由于计算器是采用按键输入方式，而这种输入方式在操作时会产生抖动;因此，电路中设有消除抖动的延迟电路，从而限制了按键操作的速度。计算器也不能做任一位的改错。鉴于二者的优缺点，许多人企图将这两种计算工具结合起来，以充分发挥它们各自的优点，创造一种新型的计算工具。

最初的做法是将普通算盘的一端装上一个电子计算器。作不同运算时，分别使用之。由于这种简单结合没有解决二者的传输关系问题，实用价值不大。因此有的发明人就如何解决二者的数值传输问题提出过专利申请。但仍停留在设想阶段。这方面的日本专利申请有昭55-87222，昭56-29736，昭57-141730。前两个未提出审查请求，后一个也与本发明不同。

从上述分析中，我们可以看出，利用算珠做为计算器的输入，是解决二者数据传输关系的主要方向。算盘是通过算珠组合表示数据的。但是，用电路识别算珠组合后的算珠个数却很困难，电路也很复杂。

本发明的目的就是为了解决上述问题。

本发明改进了常规算盘的结构。如图1和图2所示，每一档算杆（8）从两边框架（5）到横梁（7）的距离D分别由横梁（7）两边每档算珠（3）的个数N和算珠（3）的厚度W决定。如下式：

D＝（N+1）×W

当横梁（7）两边算珠分别靠向两边框架时，示于图1A和图2A中，在横梁（7）两边算杆（8）上出现的空位称为原始空位。算盘的原始空位即表示零。当在任一档拨出一个算珠或几个算珠组成数值时，该档上就出现两个相应的空位。本发明的特点是用每档的算珠空位表示参加运算的数据。采用同样的方法，以给定算珠组合后留下的相应空位表示运算符号，小数点或其他指令。由电路识别算珠的空位比识别算珠个数要简单得多。用算珠组合表示小数点，可把小数点拨在任一档上;可称为动点式小数点表示法。表示小数点还可用指明横梁上小数点定位标示的方法来实现;称为选择小数点定位标志法。如图1所示的上二珠电子算盘可使用这两种小数点表示法;运算符号也可拨在任意档上。如图2所示的上一珠电子算盘，只能采用定档表示运算符号和选择小数点定位标志法表示。

本发明用两种类型的恒磁传感器阵列和可移动式开关传感器阵列进行数据指令和运算指令的传输。根据算珠组合的特点设制的五到十进制编码电路把从传感器阵列取得的算珠空位信号输入计算器中。由于本发明是以算珠作为输入数据指令的方式，就保留了在算盘上修改任一位数上错误的优点。本发明还设置了算珠位置错误的识别和报警电路。可将算珠在任一档上的位置错误通过液晶显示屏（9）直接显示出来，以便操作者随时改正。此外，原有算盘的清盘装置（4）仍然保留，用以迅速清盘。图1所示的上二珠电子算盘和图2所示上一珠电子算盘，由于各自的特点，其实施方案略有不同。

附图简要说明

图1A是上二珠电子算盘的平面图。

图1B是图1A中C处的局部图。

图2A是上一珠电子算盘的平面图。

图2B是图2A中B处的局部剖面图。

图2C是图2A中沿A-A线的剖面图。

图3A，3B是恒磁布局式传感器的结构图。

图4A，4B是磁力线短路传感器的结构图。

图5A，5B，5D是两种可移动开关式传感器的结构图。

图6是本发明的流程图。

图7A，7B是算盘中其中一个算杆。

图8是上二珠电子算盘的电路图。

图9是上一珠电子算盘的电路图。

表1是示于图8中编码电路的真值表。

表2是示于图9中编码电路的真值表。

本发明的具体实施方案可通过附图的详细讨论加以叙述。

如图1A所示，上二珠电子算盘采用十三档算珠。全部算珠都处于原始位置，从而表示出数值零。当在任意档上向横梁（7）拨出一下珠（3）表示数值一时，算杆（8）上使留下一新空位。这个位置可命名为珠位一（BP1）。依次，便有了珠位二（BP2），珠位三（BP3），珠位四（BP4）示于图7A，7B中。当拨下一个上珠表示五时，算杆（8）上也会出现一个新空位。这个位置可命名为珠位五（BP5），再依次拨出下珠，便有了新的空位组合分别表示数值六到数值九，当任一珠位空出时，该空位将由一个传感器来识别之。然而，任何一档的数值满十时，均可进位到上一档。此处，使用上两珠的目的就是用它们来表示小数点。其相应的新珠位便可命名为小数点位（DPP），如图7中所示。从而，珠位一（BP1）到珠位四（BP4）和这个小数点位（DPP）的组合便可用来表示数学运算符号。这种表示小数点和运算符号的算珠空位组合能够区别于表示数值的各种组合。因此，在算盘的任何一个档位上，都能拨珠表示小数点和运算符号。

如图2所示，上一珠电子算盘采用十一档算珠。以最右边一档算珠组合的相应空位表示运算符号。这是因为一颗上珠与下珠组合后留下的空位仅可用来表示数值零到数值九，无多余状态可表示运算符号，所以，采用定档表示运算符号的方法。小数点是由算盘的横梁（7）上刻有的小数点定位标志（10）决定的。用发光二极管（LED）指示运算时所选定的小数点标志（10）。由一个移位寄存器（54）来实现小数点的选择。这种小数点表示法同样可用于上二珠式的电子算盘。

所有数据和其他指令给定后，按动启动键输入信号，运算过程便开始了。如果在输入计算器之前发现了错误，操作者可以修改任一位的错误;或用清盘器（4）清除全盘，并重新送指令。

将算珠组合后留下的空位通过传感器转换为电信号。传感器阵列与算珠原始位相对应。当任一算珠离开其原始位留下一个相应空位，这一位的传感器便产生与其他非空位传感器相反的状态。电路中的读出脉冲便可将该状态送入相应的寄存器。为实现这一过程，本发明采用了恒磁传感器和移动开关式传感器的实施方案分别示于图3，图4和图5中。

图3A，3B所示是恒磁布局传感器结构，在算珠（3）中镶入U型恒磁体（11），算珠（3）下方有一干簧管（12）。在U型恒磁体（11）的磁场控制下，通过算珠拨动时与干簧管相对位置的变化使干簧管的两个簧片进行磁化或退磁。从而使干簧管处于开或关的状态，起了信号转换和传输的作用。

因为恒磁的磁场占有一定空间，在有限体积内装入几十个小恒磁，必然会造成相互间的干扰。为了消除相互干扰，本发明采用珠间屏（17）每档同极性排列，相邻档之间磁场错开，用全盘有规律排列的措施，实现可靠的操作。不需要计算时，算盘可从基板（2）上取下，以防长时间磁化造成干簧管粘牢，也可采用其他磁敏元件来代替所说干簧管。

图4A，4B是恒磁场磁力线短路传感器。算珠（3）用导磁率很高的软磁材料制成，表面包一层装饰材料。在算珠（3）的下方有一个U型恒磁（15），其曲率与算珠外园一致。该U型恒磁（15）的下方装有一个干簧管（12），干簧管的下方又有一个磁场强度很弱的塑磁体（16）。平时，算珠处于U型恒磁（15），干簧管（12）和塑磁体（16）之上，示于图4B中。由于算珠与U型恒磁的距离小于U型恒磁与干簧管的距离，故U型恒磁的大部分磁力线通过算珠形成回路。此时，在塑磁体磁场的单独作用下不能使干簧管磁化。当算珠拨出后，U型恒磁（15）的磁力线不再被算珠短路;在U型恒磁（15）和塑磁体（16）的共同作用下使干簧管磁化。当算珠拨回或有另一算珠补入此空位时，U型恒磁的大部分磁力线又被算珠短路。干簧管在U型恒磁反向磁力驱动下迅速打开，从而实现了数值的转换。在这种传感器中，干簧管也可用其他磁敏元件来代替。

图5A，5B所示是可移动开关式传感器的第一种结构。如前所述每个传感器均对应于一个算珠，组成与算珠阵列相对应的传感器阵列。移动开关式传感器阵列可在滚珠（22）上整体平滑移动。每个传感器包括一个装在定位压板（21）的定位槽（23）内的弹簧片（20）;一块布有导线的印刷线路板（19）盖在定位板上;并压紧弹簧片（20），使之与印刷线路板（19）上的导电线条接触。在与定位槽（23）对应的位置上，装有一个橡胶触头（18）穿过印刷线路板（19）上的小孔（73）。触头处于自然状态时，其下端刚刚接触弹簧片的上面，线路保持在导通状态。如图5所示橡胶触头的顶端有一个朝向一侧算珠的斜面，该斜面上具有V型滑槽（71）示于图1B中。启动运算前，触头处于两档算珠之间。拨珠时，算珠不会碰到触头。从而算珠可在算杆上自由转动和上下滑动。当算珠组合给定后，启动运算;传感器在启动键（6）的作用下，整体向算珠移去。算珠滚入滑槽（71）内。同时，算珠把触头下压，触头把弹簧片下压，使之与印刷线路板上导电线条脱离。但是在算珠的空位下面的传感器，由于没有算珠压力，线路仍保持接通状态。从而实现数值转换。此时，触头又可将算珠固定，防止破坏已给定的数据或指令。这是此种传感器的一个独特优点。

如图5C，5D所示的可移动式开关传感器的第二种结构与图5A，5B所示传感器略有不同，它包括一块定位板（21），一块盖在该定位板上的印刷线路板（19）。其橡胶触头（18）的下端有一块导电橡胶（72）。当启动运算前，触头处于两档算杆之间。下端离开印刷线路板（21）上的导电线条。启动运算后，有算珠位置上的触头被算珠压下，其下端与印刷线路板（19）相接触，电路导通。而算珠空位下的触头仍保持原状，电路不导通。从而识别出空位，实现数据传输。

启动运算后，图6所示流程图中控制单元（66）便给出信号;由脉冲分配器（57）产生一个序列脉冲送至各工作单元。首先，通过数据输入线把传感器阵列取得的信号送入寄存器;再将这些信号送入编码器（68）。编码后的信号通过相应的数据传输门送入大规模集成运算单元（LSI）进行计算。显示屏（9）可指示送数过程，并显示结果。若寄存器存入了错误信号，编码器便不能正常工作。同时，检错器（69）得到一个信号，经辨别送显示器指明错误，并由蜂鸣器（60）报警。

图8所示电路是相应于上二珠电子算盘的工作电路。寄存来自传感器阵列输出信号的各寄存器由D触发器构成，每一D触发器的输出端均接有一个“与非”门，属于同一算杆的寄存器之输出端上的“与非”门接有同一脉冲，控制该档寄存器状态的读出。各档属于同一珠位的寄存器的“与非”门输出端被汇集到一个“与非”门（NANDI-NAND5158）下。如此联接成六组寄存器。上二珠电子算盘的六个算珠状态便可用这六组寄存器的状态表示。此外，线路中还专门设有一个产生数值零的门电路。

图9所示是上一珠电子算盘的工作电路，因为每档只有五个算珠，所以只有五组上述寄存器组。另外有一组寄存器（41-45）寄存表示运算符号档的算珠状态。

如图8所示编码电路部分有十个双向传输门（TG0-TG9）做为数值零到数值九的输出。传输门（TG0-TG9）的输入端分别接“与”门（24-33）的输出端。“与”门的输入则由珠位寄存器在某一时刻的状态决定。当读出脉冲到来时，每档珠位寄存器分别给出逻辑“0”或逻辑“1”。假定该档给定的数值为五，相应的珠位寄存器便为逻辑“1”，其余寄存器为逻辑零。珠位五的寄存器之逻辑“1”被送到产生数值五的传输门（TG5）输入端的“与”门（28），该“与”门的另一输入端由“与非”门（NAND1-NAND4）的逻辑“0”通过一个“或非”门（34）变成的逻辑“1”决定。从而数值传输门（TG5）便送出数值五到LSI。假定该档给定数值为七，则该档珠位二的寄存器组输出“与非”门（NAND2）为逻辑“1”，“与非”门（NAND5）为逻辑“1”。“与非”门（NAND2）的逻辑“1”通过上述“或非”门（34）变为逻辑“0”，从而封住了传输门（TG5）。数值传输门七（TG7）输入端的“与”门的两个输入端均为逻辑“1”;即“与非”门NAND5和NAND2送出的逻辑“1”。于是数值七便被送入LSI。以此类推，每个数值传输门与任一档珠位寄存器的逻辑关系示于表1中。即各传输门输入端的“与”门的输入取决于表中的关系。该编码电路通过两个“或非”门（34，35）便实现了线路的逻辑连接。

如图9所示是上一珠电子算盘的电路，其流程仍为图6所示。由于少了一个上珠，便少了一组寄存器。如前述，这种电子算盘采用定档表示运算符号，相应地有一组运算符号的寄存器（41-45），以及运算符号的产生电路。编码电路的实现原理与图8所示线路原理相同。其线路的逻辑连接，及各传输门下“与”门输入状态可见表2。

拨珠过程中可能出现算珠不到位，势必有相邻两个珠位同时产生信号。可能出现的错误珠位有珠位1和珠位2，珠位2和3，珠位3和4等。用三个“与”门（46-48）对应于各错误珠位组合，各“与”门的输出接在一个“或”门（49）上。假定有一个错误珠位信号，便会有其中一个“与”门送出逻辑“1”通过“或”门（49）触发单脉冲发生器（50），使检错寄存器（65）反转，发出信号送显示屏，显示之，同时由一个蜂鸣器（60）报警，图8与图9电路相比较，图8多一个可能的错误珠位状态BP5和DP9故多一个“与”门（53）。

图9所示小数点产生电路（70），是由一个移位寄存器（54）构成，并由键钮（56）控制。按动键（56），单脉冲发生器（51）便给出一个移位脉冲，使移位寄存器（54）移位。移位寄存器的各个输出端分别接在“与”门（37-39）上，由脉冲分配器给出的序列脉冲控制读取。通过“或”门（40）和小数点传输门（61）送入LSI。如图8所示，小数点寄存器状态决定的小数点信号，也通过一个“与”门（53）接在该“或”门（40）的输入端，从而可通过小数点传输门（61）送入LSI小数点信号。

本发明的工作过程，以图9所示电路为例。在数据，运算符号等给定之后，启动运算，由脉冲分配器给出的控制脉冲依次进行。序列控制脉冲的第一拍（P1）送至各珠位寄存器，把传感器阵列取得的信号经数据线存入各寄存器，第二拍（P2）是将运算符号寄存器（41-42）的状态所表示的运算符号送入LSI。第三拍（P3）的作用是将清除信号送入LSI;如第一拍（P1）已使运算符号寄存，寄存器的逻辑“1”通过“或非”门（62）封住了清零信号传输门（63）。第四拍到第十六拍（P4-P16）是逐档读出各档珠位寄存器的数据指令。其中，第五，第九，第十三拍是读取横梁上指明了的选定小数点标志的。第十七拍（P17）是读取等号“＝”或百分比号“%”，通过传输门送LSI，使LSI计算并由液晶显示器显示出结果。第十八拍读出开方“ $\sqrt{}$ ”寄存器状态，并送LSI。第十九拍做全机清零。

图8所示电路的脉冲分配器的序列脉冲分配与图9类似。第一拍（P1）读入传感器所得信号，存入珠位寄存器。第二拍（P2）是清除信号送LSI。第三拍到第十八拍（P3-P18）逐档读取各档珠位寄存器的数据指令。其中第七，第十一，第十五拍是读小数点定位档。第十九拍将等号“＝”或百分比号“%”送入LSI，使LSI工作。

在输入数据过程中，如随时发现那一档有算珠错位，珠位寄存器的输入状态便自动启动检错电路，使送数过程停止。显示屏上立刻指出那一档有错位。操作者改正之后，运算方继续进行。

本发明的一整套算珠输入系统，可用在上述电子算盘中，该算盘也可微微型计算机的输入装置。算珠组合不仅可表示数据，还可以命名为各种指令。本发明的特点在于，用算珠组合后相应空位做好电路识别信号;并配有与此种输入方式相适应的编码电路，使之适用于不同微型计算机，乃至其他计算机。

Claims (23)

1、一种可作为计算器或计算机输入设备的电子算盘，其特征在于该电子算盘包括一种适用特别指令识别法的特殊结构，一种传输指令信号的传感装置，以及适应于这种传输方式的电路。

2、如权项1所述的电子算盘，其特征在于该指令是以算珠（3）组合后所留下的相应空位组合表示。

3、如权项1或2所述的电子算盘，其特征在于电子算盘的每个算杆（8）在横梁（7）两边均有一珠宽的空位。

4、如权项2所述的电子算盘，其特征在于不同算珠组合后留下的相应空位既表示数值，又表示数学运算符号，小数点或其他指令。

5、按权项1所述的电子算盘，其中所说传感装置是一种恒磁布局传感器阵列，对应于各算珠（3）原始位。

6、按权项5所述的电子算盘，其特征在于每个传感器有一个U型小恒磁体（11）和一个磁敏元件（12）。

7、按权项1所述的电子算盘，其特征在于所说传感装置是一种恒磁磁力线短路传感器阵列，对应于各算珠（3）原始位。

8、按权项7所述的电子算盘，其中每个传感器有一个曲率与算珠（3）外园一致的U型恒磁体（15），一个磁敏元件（12）和一个磁强很弱的塑磁体（16）。

9、按权项7所述的电子算盘，其中算珠（3）是用高导磁率材料制成。

10、如权项1所述的电子算盘，其特征在于所说传感装置是一个可移动开关传感器阵列，对应于各算珠（3）原始位。

11、如权项10所述的电子算盘，其特征在于平时各传感器位于两档算珠之间。

12、如权项10所述的电子算盘，其特征在于启动运算后，传感器阵列可以向左或向右移动，固定各算珠（3），使之不改变给定的状态。

13、如权项10所述的电子算盘，其中所说传感器有一个定位板（21），一个印刷线路板（19）和一个触头（18）。

14、如权项13所述的电子算盘，其中所说第一种传感器结构有一个弹簧片（20）固定在一个定位槽（23）内，并被盖在上面的印刷线路板（19）压紧，与线路板（19）上的导线接通。

15、如权项13所述的电子算盘，其中触头（18）穿过印刷线路板（19）上面的孔（73），位于弹簧片（20）的上方。

16、如权项13所述的电子算盘，其中所说第二种传感器结构中，触头（18）的下端处于印刷线路板（19）的上方，平时不相接触。

17、如权项13所述的电子算盘，其中触头（18）顶部有一斜面，当中开有一V型槽（71）可使算珠滚入。

18、如权项5或7或10所说的电子算盘，其特征在于传感器能识别算珠（3）组合后留下的相应空位。

19、如权项1所述的电子算盘，其特征在于所说输入电路包括寄存每档算珠位置状态的寄存器组和一个编码电路。

20、如权项19所述的电子算盘，其中属于同一档的寄存器的读出由同一脉冲控制。

21、如权项19所述的电子算盘，其中编码电路是五到十进制的编码系统。

22、如权项1所述的电子算盘，其中所说传输电路有一移位寄存器（54）用于选择横梁上小数点标志（10）。

23、如权项1所述的电子算盘，其中所说传输电路有一个检错电路用于指明输入指令的错误。

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