專利名稱：數(shù)字電路智力玩具的制作方法
技術領域：
本實用新型所要求保護的技術方案涉及益智玩具和數(shù)字電路實驗演示的文教用具。
背景技術：
現(xiàn)有電子積木是由專用模塊用搭扣連接成電路，每個電路都需專用模具，僅限于簡單電路。為能搭接復雜綜合應用電路在CN1304121專利中是用雙層相同大小印制電路板和電路元件焊接在印制板上用插針插入來連接電路，這與現(xiàn)有的實驗板(俗稱面包板)相比，省去了兩頭焊有專用插頭的連線，使用方便，但既有固定焊接，又有可變的插針插入連接部分在批量焊接時工藝繁雜不便。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要求保護的技術方案解決的技術問題是提供一種可供入門初學者邊插邊學的數(shù)字電路智力玩具和數(shù)字電路實驗板。
本實用新型的技術方案如下數(shù)字電路智力玩具有印制電路板、電子元件、插針、短路塊插座、短路塊和電池組成，印制電路板上每個集成器件在多用可變電路位置點焊上短路塊插座，短路塊插入不同位置連成功能不同的電路，并通過縱向和橫向連線上的短路塊插座，能選擇性插入短路塊實現(xiàn)各集成器件相互連接的復雜綜合應用電路。集成器件有雙D型觸發(fā)器4013、雙J-K觸發(fā)器4027、數(shù)碼管、BCD一瑣存/7段譯碼器/驅動器4511、可預置BCD加/減計數(shù)器4510、晶振、14位二進制串行計數(shù)/分頻器4060、7位二進制串行計數(shù)/分頻器4024、四雙向模擬開關4066、六反相器4069、四2輸入端與門4081、四2輸入端或門4071、四2輸入端與非門4011、四2輸入端或非門4001、四異或門4070、單定時器555、十進制計數(shù)/分頻器4017、4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035、六斯密特觸發(fā)器40106、霍爾開關、紅外開關、光電開關、水銀開關、尿濕開關、舌簧開關、硅光電池、光敏電阻、熱敏電阻、濕敏電阻、電機、喇叭、話筒、外接插座和由插針連通的雙層印制電路板按電路要求自行選用20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件的20P和16P插座，印制電路板按笛卡爾坐標編號，每個短路塊插座點上都有其對應的X坐標和Y坐標號數(shù)，短路塊插座用紅色、綠色、蘭色及黃色按電路顏色標準的要求分別對應表示電源VD、電源VS、輸入端及輸出端各點，其余各色區(qū)別表示各縱向和橫向短路塊插座，插練時可按電路給定的坐標位置號數(shù)插入短路塊連接電路，也可按電路色標特徵插入短路塊連接電路，各集成器件的輸入端用由短路塊連接置數(shù)接電源VS的“0”端及接電源VD的“1”端，有紅色、綠色、紅綠雙色及5×7點陣顯的發(fā)光二極管由短路塊連接各集成器件的輸入和輸出指示燈顯示，用短路塊給輸入端置數(shù)和輸出連接指示燈可演示各器件的真值表及布爾代數(shù)的一般定理和特殊定理。有蜂鳴器、紅色發(fā)光二極管及可自動恢復的保險絲組成短路保險報警。插錯短路時，蜂鳴器和指示燈報警直至除去短路時，報警停止，電路自動恢復正常。
在雙D型觸發(fā)器4013和雙J-K觸發(fā)器4027中，用短路塊連接電阻、電容、二極管與4013組成交通控制器，用短路連接3位半計數(shù)顯示中高位數(shù)碼管與4027組成高位“1”和負數(shù)符號“-”顯示，用短路塊連接4013、4027與4個數(shù)碼管DP點筆段組成指示燈顯示的4位二進制計數(shù)。
在3位半計數(shù)數(shù)字顯示中，高位數(shù)碼管用短路塊選擇筆段連接電源VD顯示成數(shù)字，3個BCD一瑣存/7段譯碼器/驅動器4511的燈管測試、消隱及瑣存和3個可預置BCD加/減計數(shù)器4510的清零、置數(shù)、加計數(shù)、減計數(shù)、進位數(shù)或借位的輸出與輸入及時鐘輸入皆用短路塊選擇連接電源VD來控制其所要求的電位，數(shù)碼計數(shù)顯示單元短路塊選擇連接成1位、或2位、或3位、或3位半十進制計數(shù)，在4510輸出Q1、Q2、Q3及Q4端和4511輸入A、B、C及D端之間分別接在一對串聯(lián)二極管的陰極與陽極相連端上，選用上端二極管陽極由短路塊連在4對二極管的共線上，共線由短路塊連在經(jīng)電阻接在電源VD端組成與門電路，再用短路塊按進位數(shù)要求與時鐘輸入及清零端連成非十進制的任意整數(shù)進制的計數(shù)，或選用下端二極管陰極由短路塊連在4對二極管的共線上，共線由短路塊連在經(jīng)電阻接在電源VS端組成或門電路，用作十進制加計數(shù)轉換為減計數(shù)時的過零信號控制計數(shù)顯示的正號和負號“-”的轉變。
14位二進制串行計數(shù)/分頻器4060和7位二進制串行計數(shù)/分頻器4024的時鐘輸入脈沖源用短路塊選擇連接由晶振和反相器組成的振蕩源或外引振蕩源，外引振蕩源由電阻及電容用短路塊選擇與反相器4069，或與斯密特觸發(fā)器40106、或與定時器555連接多諧振蕩器，4060和4024的各個分頻輸出經(jīng)總線，用短路塊選擇為本電路板脈沖串源，還有8個二極管的陰極連在4024時鐘輸入和7個分頻輸出端，8個二極管的陽極經(jīng)短路塊按分頻輸出的組合為所要的頻率連成與門電路的共線輸出，此輸出再用短路塊和電阻、電容及4024清零端并聯(lián)在一起，用所要的頻率在輸出之后延時給4024一個清零信號。
四雙向模擬開關4066的4個輸入/輸出，用短路塊選擇4個電阻或4個電容連接成數(shù)控電阻或數(shù)控電容，其中有一個電阻檔及一個電容檔是插座，其電阻及電容皆可變，用短路塊將電阻及電容組合連成積分電路或微分電路，用短路塊將電阻及電容的組合與555、或與4069、或與4013、或與40106連成多諧振蕩器，或與555、或與4013、或與40106、或與4069及4001連成單穩(wěn)態(tài)電路，或與4011及4069連成倍頻電路，或與4070連成脈沖邊沿輸出電路等等不便一一例舉。
兩個14P插座用于4雙輸入端中4001、4011、4070、4071、4081及4093的互換，插座上下兩邊分別有左右兩組，每組有一個輸出端和另一組的一個輸入端用短路塊連成，一級或上下兩級相連的并用4001或4011組成的R-S觸發(fā)器，各輸入端和輸出端有選用短路塊連接發(fā)光二極管指示燈，和輸入端有用短路塊置數(shù)連接電源VD的“1”端及連接電源VS的“0”端，驗證基本邏輯門的真值表，并與反相器4069用短路塊配連組合邏輯電路和驗證布爾代數(shù)一般定理及特殊定理，Q-1律、自等律、重疊律、互補律、非非律、吸收律、摩根定理及多余定律等等。反相器4069和斯密特觸發(fā)器40106也有兩個14P插座可互換器件，4069的三個反相器、電阻和電容用短塊連成三組放大器，40106、電阻、電容及二極管用短路塊連成脈沖展寬電路，再用短路塊連在本電路板上各傳感器輸出的共線上，消除傳感器的輸出抖動噪聲，各傳感器用短路塊選用連接。
十進制計數(shù)/分配器4017中Y0-Y9與5×7個發(fā)光二極管用短路塊連成點陣掃描顯示，每個發(fā)光二極管按其發(fā)光構成的字符用短路塊選連其通斷，時鐘輸入CP及EN端、清零Cr端和輸出QC0端用短路塊與縱向連線相連，4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035中輸入P0-P3端、J-K觸發(fā)器的J和K端、串/并控制P/S端、原碼/反碼控制T/C端、清零Cr端和時鐘輸入CP端皆用短路塊可選擇的連接電源VD的“1”端，或由橫向連線外引連接，輸出Q0、Q1、Q2、Q3端與5×7個光二極管分成四組用短路塊相連，由移位寄存器的置數(shù)P0、P1、P2、P3端用作縱向掃描，并和4017Y0-Y9組成縱橫同步掃描顯示。
20P和16P插座和插座上方的雙層印制電路板是用插針連電路(詳見CN1304121專利)是用來任選20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件組成自行設計電路，并通過縱向和橫向連用短路塊有選擇的與其左邊、右邊及上邊各集成器件電路相連接，充分利用本電路板上各集成器件，只需選用1-2個本電路板上沒有的集成器件完成創(chuàng)新設計電路的驗證，若選用2個集成器件不夠用，本電路板上的集成器件都是插座連接的，可選用相同插腳數(shù)的集成器件替換電路板上的集成器件。
上述電路是為說明本實用新型舉例的普及型，適合中小學生特長教育及學習信息技術硬件電路基礎教學。在此普及的基礎上加以增或減的組合為適合計算機、信息、自動控制、機電儀及電子類理科大專院校和各類職業(yè)技術院校學生使用專業(yè)型和適合老人或成人休閑娛樂的益智型三個品種系列。
本實用新型的優(yōu)點1短路塊相當于棋子，印制電路板相當于棋盤，數(shù)字電路相當于棋譜，短路塊插在印制電路板的短路塊插座上相當于棋子走在棋盤上，一一對應，名符其實的智力玩具。這種構思奇巧，出人意料，具有開拓性。
2本專利是常用實用主題，市場廣、銷量大，根據(jù)《中華人民共和國2001年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2001年我國共有中小學生超過21000萬人，若根據(jù)市場的平均水平可以確定，在專利產(chǎn)品進入市場的初期每年會有千分之一的學生購置本專利產(chǎn)品，則其年需求量達21萬套。同理類推專業(yè)型的每年需求量達0.84萬套。益智型按萬分之一的中老年人需求量是每年6萬套。
3本產(chǎn)品迎合當前提高素質時代，智力投資的消費心理。
4工藝結構簡單，功能實用方便，樸實中含智慧。
5成本低，技術難度低，精密度要求寬，原材料易得，利潤高。
6本專利產(chǎn)品是可持續(xù)發(fā)展，預計20年后，計算機用納米三極管集成件或生物基因元件時，它然是立在二進制的數(shù)字電路基礎上，本專利只是發(fā)展中不斷更新元件。


圖1是本實用新型系統(tǒng)框圖；圖2是本實用新型印制電路板；圖3是本實用新型用短路塊連成指示燈顯示四位二進制計數(shù)；圖4是本實用新型數(shù)字顯示計數(shù)部分印制電路板；圖5是本實用新型分頻、四雙向模擬關和六相反相器部分印制電路板；圖6是本實用新型四2輸入端門電路和六斯密特觸發(fā)器部分印制電路板；具體實施方式
圖1是本實用新型系統(tǒng)框圖。圖中1是電源插座。2是蜂鳴器。3是電源開關。4是警示燈。5是自動復位保險器。6、8、10和12是數(shù)碼管。7、9和11是BCD一瑣存/7段譯碼器/驅動器4511。13是晶振。14是14位二進制串行計數(shù)/分頻器4060。15是7位二進制串行計數(shù)/分頻器。16是單定時器555。17是水銀開關。18是外接電機插座。19是十制計數(shù)/分頻器4017。20和38是電位器。21是雙J-K觸發(fā)器4027。22、23和24是可預置BCD加/減計數(shù)器4510，25是四雙向模擬開關4066。26是六反相器4069。27和28是四雙向門電路4001、4011、4070、4071、4081和4093的互換共用。29是5×7個發(fā)光二極管。30是SA點動按鈕。31、32和33自選備用傳感器。34和35是兩組四個發(fā)光二極管。36是雙D型觸發(fā)器4013。37是四位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035。39是紅綠雙色發(fā)光二極管。40外引插座。41和44是用作自選20P、18P、16P、14P和8P集成件的通用插座。42是光電開關。43是硅光電池。45是光敏電阻。46是舌簧開頭。47是喇叭。48是尿濕開關。49是外引插座。50是斯密特觸發(fā)器40106。51是霍爾開關。52是熱敏電阻。53是自選備用傳感器。54是濕敏電阻。55是話筒。56是紅外開關。還有二極管，三極管等分立元件未在圖中列入。
為突出重點以下各圖，省略某些元件和兩點或多點標注相同字母之間的連線。力求簡潔清晰的分別說明各部分電路。圖中未連接元件的圓圈點是短路塊插座。每點分別用兩位數(shù)字表示X和Y的坐標。如(1107)中11是X坐標數(shù)，07是Y坐標數(shù)。
圖2是本實用新印制電路板。因幅面所限，僅以左右兩邊板圖來說明縱橫網(wǎng)絡連接的狀況。由短路塊插座組成連線的舉例如下?？v向左側自下向上，(1107)連(1109)、連(1111)、連……(1135)；(1108)連(1110)、連(1112)、連……(1136)。右側自下向上(7706)連(7708)、連(7710)、連……(7742)；(7707)連(7709)、連(7711)、連……(7741)。橫向(1221)連(1421)、連(1621)、連……(5621)；(1220)連(1521)、連(1721)、連(1921)、連……(5721)；集成器件之間(0223)連(0423)、連(0623)、連(0823)、連(1023)、連(1224)、連(5823)；(0323)連(0523)、連(0723)、連(0923)、連(0925)、連(1025)、連(1026)。
輸入端用短路塊置數(shù)舉例，4027的R1、K1、J1和S1端的短路塊插座(0521)、(0621)、(0721)和(0821)；對R1、K1、J1和S1各端連接VD的置“1”端(0522)、(0622)、(0722)和(0822)，以及連接VS的置“0”端(0520)、(0620)、(0720)和(0822)。如若使R1端置“0”插入短路塊使(0521)連(0520)。
輸出端連接指示燈舉例，4035Q0(8120)、Q1(8220)、Q2(8320)和Q3(8420)連接指示燈，插入短路塊使(8120)連(8121)、(8220)連(8221)，(8320)連(8321)和(8420)連(8421)。每個輸出端并聯(lián)了多個發(fā)光二極管的陽極，尚需再用短路塊分別連上各發(fā)光二極管的陰極，如插上四個短路塊分別使(8122)連(8222)、(8124)連(8224)、(8322)連(8422)和(8324)連(8424)給Q0、Q1、Q2和Q3各連了一個發(fā)光二極管。
短路塊只能連接鄰近兩點，但用縱橫連線的插座，可以將電路板上的某點與板上其他任意點的連接。為此用圖3舉例說明。
圖3是本實用新型是用指示燈顯示四位二進制計數(shù)。圖中用雙J-K觸發(fā)器4027、雙D型觸發(fā)器4013和4個數(shù)碼管小數(shù)點dP組成指示燈顯示的四位二進制計數(shù)。在圖中未標注的未用的各端置“0”，4013R1、S1及R2、S2和4027R1、S1及R2、S2各端用短路塊連在電源VS端分別使(0502)連(0503)、(0702)連(0703)、(0619)連(0620)、(0819)連(0820)和(0521)連(0520)、(0821)連(0921)、(0917)連(0817)、(0734)連(0733)、(1034)連(1033)。4027K1、J1和K2、J2置“1”連接電源VD，插上短路塊分別使(0621)連(0622)、(0721)連(0722)、和(0834)連(0835)、(0934)連(0935)。
4013D1連Q1插入短路塊使(0607)連(0606)、(0406)連(0405)、(0307)連(0308)。Q1連dP3插入短路塊使(1211)連(1311)、(1235)連(1335)。D2連Q2和連CP1，插入短路塊使(0716)連(0717)、(0616)連(0516)、(0419)連(0519)、(0415)連(0416)、(04103連(0409)。Q2連dP2插入短路塊使(1218)連(1318)、(1336)連(1236)、(2336)連(2335)。4013CP2連4027Q1，插上短路塊使(0324)連(0323)、(0923)連(0922)、(0914)連(1014)。
4027；Q1連dP1插上短路塊使(3226)連(3227)、(3238)連(3237)。Q2連CP1插上短路塊使(1234)連(1134)、(1222)連(1122)。Q2連dP0插上短路塊使(4128)連(4127)、(3936)連(4036)。CP2連點動按鈕SA，插上短路塊使(1229)連(1129)、(1121)連(1221)、(2421)連(2422)。點動按SA是用作手控計數(shù)脈沖的輸入，其中部分電路參見圖4。
圖4是本實用新型數(shù)字顯示計數(shù)部分印制電路板。圖中三個4511的瑣存控制端LE、消隱端BI和燈測端LT是分別并聯(lián)在短路塊插上，三個4510的置數(shù)控制PE和加/減計數(shù)控制端U/D分別并聯(lián)在短路塊插座上，清零端Cr和時鐘輸入端CP0可以三個并聯(lián)共用，也可單用。進位/借位輸出端QCO和輸入端CI可前級輸出QC0連后級輸入CI，也可不連單級使用。D4、D3、D2及D1是8421代碼置數(shù)端。各輸入端皆連有輸入電阻，這樣只需連接VD的置“1”端，不插短路塊時即為置“0”。4510輸出Q1、Q2、Q3及Q4端和4511的輸入A、B、C及D端分別共連在一對二極管陰極和陽極串聯(lián)點。
圖5是本實用新型分頻、四雙向模擬開關和六反相器部分印制電路板。圖中對應圖1的13是晶振，17是水銀開關、18是外接電機插座、20是電位器和33是自選備用傳感器。R0、R1、R2和R3是組成數(shù)控電阻的4個電阻，R0是插座可任選電阻插入。C0、C1、C2和C3是組成數(shù)控電阻的4個電阻，C0是插座可任選電容插入。R4電阻是和數(shù)控電阻及數(shù)控電容與4069或555組成多諧振蕩器。四2輸入門電路4081、4071、4070、4093、4011和4001等集成件是互換通用插座，其下部電路見圖6。
圖6是本實用新型四2輸入端門電路和六斯密特觸發(fā)器部分印制電路板，圖中B4與Y3、Y4與B3、B2與Y2及Y1與B2皆可插入短路塊相連，每個四2輸入端器件插座下邊有四個發(fā)光二極管LED供各輸入端及輸出端插入短路塊連用。有按六斯密特觸發(fā)器或六反相器互換及其電路的特點布有與四2輸入器件配連組成組合邏輯電路的短路塊插座，選用非常方便。還有可與傳感器輸出總線相連的脈沖展寬電路的短路塊插座。圖中虛線相互插入的兩組柵形線條板面上沒有絕緣薄膜層，在尿濕或滴上水份時兩組柵形線條相連導通。在4069下部的電阻R5、R6及R7和電容C4、C5、C6及C7是用來組三級放大器。左下方是由插針連通的雙層印制電路板按電路要求自選集成器件的部分。
受版面圖形單黑色所限，各圖中短路塊插座的色標未能標注出。以上各電路只是舉例說明，在這有限的頁數(shù)中難能全部加以細說。
權利要求1 數(shù)字電路智力玩具有印制電路板、電子元件、插針、短路塊插座、短路塊和電池組成，其特征是印制電路板上每個集成器件在多用可變電路位置點焊上短路塊插座，短路塊插入不同位置連成功能不同的電路，并通過縱向和橫向連線上的短路塊插座，能選擇性插入短路塊實現(xiàn)各集成器件相互連接的復雜綜合應用電路。
2 按權利要求1所述數(shù)字電路智力玩具，其特征是集成器件有雙D型觸發(fā)器4013、雙J-K觸發(fā)器4027、數(shù)碼管、BCD一瑣存/7段譯碼器/驅動器4511、可預置BCD加/減計數(shù)器4510、晶振、14位二進制串行計數(shù)/分頻器4060、7位二進制串行計數(shù)/分頻器4024、四雙向模擬開關4066、六反相器4069、四2輸入端與門4081、四2輸入端或門4071、四2輸入端與非門4011、四2輸入端或非門4001 、四異或門4070、單定時器555、十進制計數(shù)/分頻器4017、4位并入/串入一并出/串出移位寄存器4035、六斯密特觸發(fā)器40106、霍爾開關、紅外開關、光電開關、水銀開關、尿濕開關、舌簧開關、硅光電池、光敏電阻、熱敏電阻、濕敏電阻、電機、喇叭、話筒、外接插座和由插針連通的雙層印制電路板，按電路要求選用20P、或18P、或16P、或14P、或8P集成器件的20P和16P插座，印制電路板按笛卡爾坐標編號，每個短路塊插座點上都有其對應的X坐標和Y坐標號數(shù)，短路塊插座用紅色、綠色、藍色及黃色接電路顏色標準要求分別對應表示電源VD、電源VS、輸入端及輸出端各點，其余各色區(qū)別表示各縱向和橫向短路插座，各集成器件的輸入端有由短路塊連接置數(shù)接電源VS的“0”端及電源VD的“1”端，有紅色、綠色、紅綠雙色及5×7點陣顯示發(fā)光二極管由短路塊連接各集成器件的輸入和輸出指示燈顯示，有蜂鳴器、紅色發(fā)光二極管及可自動恢復的保險絲組成短路保險報警。
3按權利要求1所述數(shù)字電路智力玩具，其特征是20P和16P插座和插座上方的雙層印制電路板用插針連通電路，通過縱向和橫向連線用短路塊有選擇的與其左邊、右邊及上邊各集成器件電路相連接。
專利摘要本實用新型由印制電路板，電子元件，短路塊插座，短路塊和插針和電池組成，其特征是印制電路板上每個集成器件在多用可變電路位置點焊上短路塊插座，短路塊插入不同位置連成功能不同的電路，并通過縱向和橫向連線上的短路塊插座，能選擇性插入短路塊實現(xiàn)各集成器件相互連接的復雜綜合應用電路。本實用新型有適合中小學生特長教育和學習信息技術的基礎電路教學的普及型，適合計算機、信息、自動控制、機電儀及電子類各理工科大專院校和各職業(yè)技術院校學生使用的專業(yè)型，和適合中老年人休閑娛樂的益智型三個品種系列。
文檔編號G09B23/00GK2643422SQ0322074
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月31日 優(yōu)先權日2003年3月31日
發(fā)明者王祖斌 申請人:王祖斌