参看图1，以10总体表示的可控光源和数据发送器包含有一
普通的CRT监视器12、普通的计算机14，键盘16和鼠标18。
该便携式信息装置由一由表带22系在用户23的手腕上的多功能
手表(见图2中的20)构成。此便携式信息装置，亦即手表20
的输出可以是除用作为任何被下装进便携装置20的计算机功能的
输出显示外还被用于显示时间、日期或其他普通时计功能的点阵
液晶显示器(LCD)24。装置20还包含有一光传感器26和一
或多个操作开关28、30，它们都被安置在外壳32上。对外壳32
可如图1所示那样操作使得光传感器26在距监视器恰当的距离处
对着CRT监视器12，将其与监视器12分开、但在其视线范围之
内。
此CRT监视器包含有一通常的屏幕34，按照本发明此屏幕
上显示作为被异步传送的逐个扫描线段36的二进制编码数据。
此被传送的数据可以来自含在计算机14内部的一数据源，例
如存贮在计算机存贮器中的数据。另外此数据源可以是由一外部
数据源例如一连接到一远程数据源的调制解调器异步接收到的，
并通过计算机直接传送到监视12或被加以存贮稍后再作传送的。
如果此CRT为电视机的视频显示器，此数据源可以是一天线输入
或者是被连接到控制CRT上的电视画面的恰当电路的电缆电视输
入。
图3为一表示仅一种类型的可能适应本发明的数据传送格式
的CRT显示屏的放大图。在这一情况中，连续的CRT扫描段36
被安排得连贯地出现以便能作为一光脉冲串传送两个二进制编
码数据信息块38、40。信息块38、40在一垂直CRT光栅扫描
的间隙期间内进行传送，而每一帧均具有整数的信息块，这是为
二信息块，这在当进行垂直扫描但却无数据发送时可以舍去间隙
42、44、46不管。信息块38、40出现在显示屏34上是空间上
和时间上变化的光显示图象。
任何普通的CRT视频驱动器都可采用，单色或彩色的只要具
有能被加以调制以改变信号亮度(或在彩色监视器中改变辉度)
的普通视频信号发生器。例如可采用一分辨率为640×480的VGA
监视器，其水平扫描频率为31.5KHz和垂直扫描速度(垂直刷新
速度)为60Hz。光栅水平的扫描行35每四个水平扫描行出现一
次，为清晰起见省略掉中间的扫描行。
参看图3，屏幕34上出现的二信息块38，40为普通格式之
一的二进制编码数据，采用适宜作异步串行数据传送的任一所希
望普通代码和协议。这里数据传送协议所选择的约定由一个起动
位、八个数据位和一个结束位组成。高亮度激活的扫描线段36代
表二进制逻辑0，而未显示光亮的扫描段则代表二进制逻辑电平
1，以虚线36a表示。在所选择的约定中，起始位为逻辑电平0，
结束位为逻辑电平1。两种逻辑约定均可选用，如果希望的话，
也可以以光亮的线段代表逻辑电平1。
一适当的视频驱动程序驻留在计算机14中，它可被编程来调
制视频信号发生器使得在屏幕34上的被选定坐标上由头到尾地增
加每一被选择的扫描线段36、36a的屏幕亮度。如同本技术内所
公知的，电子束光栅扫描激化连续的荧光体的点，在这些点被激
化之后它们的亮度将继续维持。本发明中可以实现的数据传送速
度除光探测器电路的反应速度和阈值电平外，还在某种程度上取
决于荧光体的余辉。
由图4所示可看到荧光体亮度(以百分比表示)与时间关系
的图形表示。一发光的扫描线段36是由一系列的具激励仅维持百
万分之几秒的点亦即象素组成的。当荧光体被激化时，它就在此
激励期间内在一个所谓的荧光过程(以48表示)的过程中产生亮
度，然后这一亮度就在一由被称之为磷光现象(以50表示)的荧
光体的余辉所决定的时间期间内衰减。连续的象素(未按比例表
示)被快速地激化，并取决于光传感器中的光电晶体管的阈值，
以及它的频率响应特性，仅被光传感器“发现”为一单个的光脉
冲P。
参看图5，以一个大大扩展的时间尺度来描述一完整的CRT
帧的时间。在选择垂直扫描速度为60Hz时，为16667μs。一系列
光脉冲P以一预先选定的脉冲重复速度表示逻辑0(亦即未出现
逻辑1的表示)。此脉冲重复速度是由对CRT屏幕上部位的编程
(屏幕座标的位映象处理)来选择的，在这些部位将开始和结束
对起动位、数据位和结束位的扫描线段。图5的比例对仅仅存在
于一水平扫描行的一部分期间的脉冲P的宽度是作了很大的夸张
了的。例如，在水平扫描频率为31.5KHz时，扫描一水平行所需
的时间约为32μs。因此脉冲P的时间周期(相应于一发光的扫描
段)可能接近10或小于10μs，或者如果希望的话它可以占据一
扫描行的整个长度。然后，直到下一脉冲4显示之前有一包括所
需的光栅回扫时间在内的数扫描行的时间间隔。因此，脉冲重复
速度大大低于水平的扫描频率。
计算机14中的通常的通信程序可将欲加传送的二进制编码数
据格式化成串行数据位信息块，并将此信息块与屏幕光栅扫描同
步地发送到CRT的视频信号发生器，以使由此数据源得到的连续
整数个数据块，如数据块38、40出现在每一相继的CRT帧上，
亦就是说，每次CRT屏幕被刷新传送二数据块。数据以串行方式
作为RZ(归零)脉冲发送。
另一种情形是，欲予传送的数据的视频显示可能涉及的是电
视显示屏幕而不是计算机监视器。在这种情况下，数据来源或者
是天线输入或者是连接到电视视频信号发生器的电缆电视输入。
除为修改标准的电视广播图象外，还需要为使数据传输与显示屏
的光栅扫描相同步的额外的控制装置。
图7表示便携式装置20的内部结构。装置20的控制由直接
连接到寄存器102的中央处理单元(CPU)101完成。CPU101
利用寄存器102在信息处理期间暂时存放数据。CPU101通过信
息总线108连接到其余的内部硬件。CPU101在各种操作(例如
电话号码的存贮)期间通过总线108访问随机存取存贮器
(RAM)103作数据存贮和检索。只读存贮器(ROM)104被
用于存放CPU101的初始化通电程序，以及其他信息(如型号，
序号)，一用于控制另外的功能(例如手表状态中的计时)相适
应操作程序，并通过总线108连接到CPU101。
显示RAM 105还连接到总线108，并被CPU 101及显示控
制/驱动电路107用来控制手表显示器24。显示电路107被连接在
总线108与显示器24之间。光传感器26被耦合到CPU 101通过
接口电路52到连接到总线108的外部I/O插脚109。开关28和30
被连接到与母线108连接的开关控制电路106。CUP 101根据来
自开关和光传感器的输入以及当前的系统状态控制装置20的操
作。
前述部件101-109最好被组合成一包含在便携式信息装置
20(这里为一电子多功能手表)的外壳32内部的单一的集成电路。
例如，Motorola公司现有产品中型号MC68HC05HG就是这样一
种以微处理机为基础的集成电路，它包含一定时器、实时时钟系
统、异步串行接口、同步串行接口、LCD驱动器、键盘、开关和
场致发光管输出，与适用于存贮数据的ROM和RAM存贮器如这
种应用中所述的相结合。
这一Motorola集成电路的异步串行接口适合于接收两种不同
的可选波特率的和具有一个起始位、八个数据位和一个结束位的
标准NRZ(传号/空号)格式的异步串行数据。采用一设计频率为
38.4KHz的石英晶体驱动振荡器，通过可编程手段，接收机波特
率可作软件选择到1200波特或2400波特。采用一32.768KHz的
石英晶体驱动振荡器，此接收机接收以2048波特传送的数据。(这
是一种因为采用手表工业中的标准的32.768KHz石英晶体的非标
准波特率)。2048波特时的脉冲重复速度为每秒2048脉冲。由
于一帧中传送二个数据块而二块之间有空间时间所以有效的传送
波特率较低。
光传感器26所检测到的光脉冲包含有数据信息但它们不适宜
由外部I/O插座109接收。接口电路52除按照本发明的去除无关
的光源外，还执行将数据变换为合适的NRZ串行格式。接口电路
52可以是一被设置在外壳32内部的独立的集成电路。
参照图8，表示出一个这种合适的接口电路52，虽然按照其
实现方式可以作成不同的形式。接口电路52(虽然图示包含光传
感器26，但它是在外壳32之外的)包括有一前置放大器部分54，
一带通滤波器部分56，反向放大器部分57和一将脉冲变换为高/
低逻辑电平，这里被看作为一可重新触发的单稳多谐振荡器58。
在该前置放大器54中，一直流电压源60(可以是手表电源电池)
被连接到接成复合晶体管的通过负荷电阻66接地的光晶体管
62，64。一DC隔直电容68在当一足够亮度的光脉冲激励光传
感器26时将一触发脉冲传送到晶体器70的基极。
晶体管70被连接有电阻72和74以得到增益近似为100的放
大脉冲。一滤波结构，例如一带通滤波器56，由电容80、82和
电阻76、78组成如图示连接，以达到近似于1KHz的低截止频率
和近似于10KHz的高截止频率。
带通滤波器56的一个目的是为了去除周围虚假光线和其他低
频成份的影响，例如在屏幕刷新期间可能发生的自CRT发出的
光。因此，滤波器56削弱和抑制包含70Hz的屏幕刷新频率在内
的近似1Khz以下的频率，以及因白炽光和荧光的闪烁所造成的
120Hz的周围的虚假光干扰。
带能滤波器56还抑制接近于10KHz以上的频率，包括可能
在15与80KHz范围内的隔行扫描的电视接收机(17.5KHz)和
CRT计算机监视器两者的水平扫描频率。
接口电路52还包含有一反相放大器部分57，其中含有一由
带有电阻86、88的晶体管84和一施密特触发器组成的放大器，
和由晶体管92及电阻90组成的反相器，其输出被连接到一单稳
可重触发多谐振滤器58。
单稳多谐振荡器58以脉冲重复速率接收短数据脉冲，并将它
们变换成适于为输入/输出插脚109接收的恒定的可重复脉冲宽度
的各自的高和低逻辑电平。如果单稳58是不能重新触发的话，它
就在一预定的时间周期之后回复到逻辑高。
为利用便携装置20和数据发送器10进行信息传送，用户必
须由利用一存放在计算机14的存贮器中的软件应用程序将显示器
34置于装载方式来开始。此程序包括一信号发生单元，此单元除
下面所说的其他功能外，还生成一由样本数据信息块38和40组
成的数据传送格式、即导引。然后显示该数据传送格式。这些样
本图象被便携式信息装置程序用来将便携装置20的波特率与数据
发送器10的脉冲重复速率相比较。为进一步方便用户，数据传送
型式在显示器34上的位置和大小可利用键盘16的输入加以改
变。用户可由按压控制开关28或30将便携装置20设定为装载模
式，或者，也可将光传感器26连接到便携装置20的中断输入插
脚(未表示出)，这将使便携装置20自动转换到装载模式。然后
用户将便携装置20放到显示器34的前方。即就是将手表壳控制
在离开显示器34一适当的距离，例如6英寸至3英尺，以使光传
感器26对着屏幕。
如果数据发送器10是一计算机，用户可以按压计算机键盘16
上的键来启动数据传送。如果数据发送器10是一电视机，欲予传
送的信息可每隔一段时间连续发送。在这两种情况下，信号产生
装置将执行用于控制传送过程的通信协议。此通信协议也驻留在
发送信号源上(作为信号产生装置的部分)，不管是一直接连接
到监视器12的计算机还是耦合到电视台的发送机的计算机均如
此。这样，数据发送器10仅需作的改变就是软件的装入。熟悉本
技术领域的人员可以不脱离本发明的范畴和宗旨设计各种各样的
通信协议。现在详细介绍一样本协议的特点。
此通信协议由指示监视器12发送一使便携装置20成为一已
知状态的信号开始。然后发送接收装置的一个地址(例如型号)。
在其被便携装置20正确地接收到时，即发出蜂鸣声，通知用户信
息传送开始。信息传送是以将连续地发送的构成数据块38、40
的数据传送格式的毕特位成为光亮(指定为低数字信号)或者背
景色(指定为高数字信号)来完成的。在信息传送期间，数据块
38、40及相继的数据信息块用肉眼看即成为一系列每经过一
CRT34的垂直帧所产生的“图形”。实际上它们是一系列的连续
光脉冲。在每一垂直帧期间，光传感器俘获两个8位的二进制编
码数据信息块。采用数据位的位置间相对大的间隔和将整个屏幕
用作背景，在希望时可使便携装置20以较低的波特率接收数据。
另外，可预先选定一垂直帧内的整数数据信息块的配置以使得便
携装置20能与大部分现有的CRT相兼容而不管这些CRT的帧速
度。因此，使得能利用现有CRT传送信息而无需作任何硬件改变。
图6描述便携装置20在各CRT帧期间接收二进制间编码
数据流的情况，此数据流呈现为一串连续的对应于图5中存在与
不存在脉冲的高和低逻辑电平。便携装置20进行的数据处理将在
下面对照图9的流程图作详细说明。具体点说，这一过程在内部
ROM程序指示中央处理单元(CPU)101读入处插脚109上的
信号电平时开始。光传感器即被读数(图9中步骤110)。
一旦光传感器被读入(步骤110)，即进行初始检查以保证
波特率仍然相符(步骤111)。然后系统检测是否已接收到一起
始消息(步骤112)。此起始消息可以是任何预定的一个值或一
系列值。例如说，起始消息可以是一对后跟随手表的型号的零。
收到此起动消息之前装置20返回确定光传感器的逻辑电平是否已
经改变(步骤110)。在收到该起始消息后，下一消息是包含输
入信息应装载地点的开头地址的基地址字节(步骤113)。随后为数
据字节和地址增量(步骤114)。接着进行测试以确定有未接收
到结束消息(步骤115)。此消息与起始消息相同，也可能是一
对后由跟随装置20的型号的零。
如果仍然有欲发送的数据，装置20即返回到接收数据(步骤
114)，直到所有数据，以及结束消息，均被收到为止(步骤116)。
然后进行测试以证实所接收到的型号是正确的(步骤116)，如
果不是，即调用差错子程序117。如果是接收到正确的型号，即
产生一检验和而得到证实(步骤118)，而如果此检验和无效，
也调用差错子程序117。如无明显错误，装置20发蜂呜声一次，
显示“传送完成”消息，并退出下装模式(步骤119)。如前述，
本技术领域的熟练人员可不背离本发明的范畴和宗旨地作出各种
不同协议。例如，此协议可作成采用6位字、8位字、16位字、
或任何其他实际大小的字。
由数据发送器10发送信息，包括数据信息块的生成，如图10
的流程图中所示。信息传送以选择的信息传送模式开始(步骤
150)。CPU101发送出一读取哪一视频板为运行中的请求(步骤
151)，以便采用恰当的视频信号，一经读取到视频板类型，即显
示数据传送格式(步骤152)。显示数据传送型式必然伴随着第
一次读取CRTC状态寄存器(步骤160)。接着，检查确定垂直
同步是否激活(步骤161)。如果垂直同步未激活，控制返回到
状态寄存器步骤160，直到垂直同步成为激活的。一旦垂直同步
激活，即在CRT上显示一数据传送格式垂直帧(步骤162)。然
后，检查确定是否已完成了一整个传送格式(步骤163)。如果
该格式未完成，控制经由“增量”步骤164转换到状态寄存器步
骤160。一旦该传送格式完成，控制经由返回块175回到显示数
据传送型式步骤152。
在初始显示数据传送格式之后，测试确定用户有未按压计算
机键盘16上的键或敲击鼠标器18启动数据传送(步骤153)。
一旦检测到键的按压，发送器即发蜂呜声一次并发送所有数据(步
骤154)。这种数据传送以读取CRTC状态寄存器开始(步骤
170)。进行检查确定垂直同步是否是激活的(步骤171)。如果
垂直同步未激活，控制返回到步骤170，直到其成为激活的。一
旦激活，系统就确定帧数据块计数是否完成(步骤175)。帧数
据块计数为每一帧期间所传送的数据信息块数这里为二信息块。
如果帧数据块计数未完成，帧数据块计数器即加一(步骤178)
和送出一新的数据信息块到CRT(步骤172)。如果帧数据块计
数完成，即开始一新的帧(步骤176)。
新的帧以读取CRTC状态寄存器(步骤180)开始，然后检
测垂直同步是否激活(步骤181)。如果同步未激活，再次检测
同步。一旦垂直同步激活，即将帧数据块计数器复位到零(步骤
182)，在当屏幕指针被增量到第一数据信息块的屏幕座标时开始
一新的帧(步骤186)。测试确定整个数据块是否完成(步骤183)。
如果部分信息块未被显示，增加指针(步骤184)控制进入状态
寄存器步骤180。在整个数据块被显示之后，控制通过返回块185
返回发送一新的帧协议176。任何时候数据块消失时即访问新的
帧协议176，不管这种消失是因为用户还是其他的原因。
一旦信号得到的证实，计算机14即发送一包含有起始位和结
束位的数据信息块到CRT(步骤172)。随后检查整个数据流有
未全部传送(步骤173)。如果有数据留待传送，指向数据矩阵
的指针增加(步骤174)，控制返回状态寄存器(步骤170)。
一旦整个数据流均被传送控制通过返回块177转回发蜂呜声一次
(步骤154)。
随着数据传送的完成，发送器发送单元型号后跟一检验和(步
骤155)，被便携式信息装置20用来证实数据传送的正确性。发
送单元发蜂呜声两次结束其任务并显示说明传送完成的消息(步
骤156)。
如果传送成功地完成了，便携装置20发蜂呜声并在显示器24
上显示“TRANSMISSION COMPLETE”或其他相应的消息。
否则，便携装置20持续地作蜂呜声和显示“ERROR”。被传送
的信息可以(1)增加一多功能电子表的功能；(2)更新一多
功能电子表内的数据库；或(3)自动地使一多功能电子表的时
间或日期复位。
此信息传送过程的另一能力是下装数据。例如，便携装置20
也可被用作一电话号码检索器。手工输入电话号和相应的名称进
便携装置需要另外的输入键(全部字母)或者复杂的键操作。直
接输入一很长的电话号清单是很烦锁的，体力上很紧张，易于在
输入数据上出错的过程。相反，便携装置20使得用户能在一计算
机(多半是现有的)上保持一数据库和简单地下装数据。
图11为说明一典型的便携式信息装置的包括用户输入在内的
操作的流程图。用户以初始化发送装置上的发送程序着手(步骤
190)。然后用户选择欲予下装的信息(例如，数据、程序、组构
信息)(步骤191)。随后以按压键盘16上的键或利用鼠标18
调用数据传送格式(可由用户输入调整)(步骤192)。现在，
装置20必须被置于下装模式(步骤193)。在被置入下装模式(或
任何其他功能)之前，装置20连续地显示时间(步骤200)。重
复进行检查201以确定用户是否已选定一功能。一旦选择了一功
能，装置20设定一表明该被选功能的标志(步骤202)。除开下
装模式205外，一典型的便携装置上可选择各种不同的其他功能，
例如，设定时间203，设定日期204，设定报警207，设定电话
薄208，运行程序209，和类似的附加功能210。一旦选择了下
装模式，装置20即显示“传送准备就绪”并开始等待数据传送(步
骤206)。返回块211表示选择下装模式完成和返回到正常操作
序列。
在选择下装模式后，用户将手表传感器26面对CRT显示屏
34(步骤194)。如前由所述，计算机14可作用户提供调整数据
传送格式在显示器34上的大小和位置到最适宜的位置的能力。应
用上述的过程，装置20确定波特率的匹配和完成此过程，结束以
一可听见的蜂呜声向用户通报信号有效(步骤195)。
一旦上述完成，用户按压键盘16上的键启动数据传送(步骤
196)。在压下一个键后开始数据传送(步骤197)。在接收到结
束消息和进行了传送检查(例如型号和检验和证实)，即给出相
应的可闻和可视信号(步骤198)。最后，如果传送成功，装置
20回到它在选择下装模式之前所处的方式中。否则装置20重新进
入装置方式和重新开始数据传送(步骤199)。
上述这样的本发明特别适宜于传送数据到一无键盘的多功能
电子手表，因为采用按键或类似的缓慢费时的方法对手表输入数
据十分困难。但是本发明也适用于采用具有基本键盘输入能力的
各种型式的手持装置，例如信用卡或手持数据库型式装置。本发
明也适宜于在采用高分辨率低余辉荧光CRT监视器和利用全屏幕
数据传送格式时，作高达9600波特的较高数据传送波特率传输。
参照图12至图15，表明与图1中所示相同型式的数据发送
器。不过，此便携式信息装置为一手持电话清单及安排调度装置
220。也可以是任何型式的个人数字设施(Personal Digital
Assistant，PDA)。如图13和图14中的放大图形所示，装置220
包括一前面上的点阵LCD显示器222和一键盘224，后面上则装
设有一光传感器224。信息装置220具有相对地扁平的矩形形状
以便于在外套口袋或钱包中携带。将光传感器226安置在背后，
使得能将便携式信息装置220置于光传感器226面向CRT屏幕34
的状态，同时用户可操作键224而观察面对着操作人员的显示器
222。
CRT34，如图15中所示，被设计得每帧显示6个数据信息块。
图15还表明连续数据毕特位必须相互邻接地出现，或者紧靠相互
的上或下方，或者在显示屏上一特定位置形成一小“图象”，即
格式图。恰当地按排数据信息块的数据传送格式，可利用每一帧
期间的整个屏幕来达到高波特率的数据传送。唯一的限制在于一
行中不能多于一扫描线段(代表一数据位)。
按照前述约定，实线表示光脉冲，而虚线则表明不存在光脉
冲，以同样的脉冲重复速率传送。如图15中所示，数据信息块1
的起始位为231，随后第一、亦即最低有效数据位在数个水平扫
描和光栅屏幕的局部水平扫描之后出现于位置232上，第二数据
位在同样的时间间隙后出现在232，第三数据位在同样时间间隙
后出现在233等等直至8个数据位之后跟随的结束位235。第二
数据信息块的起始位表明为236，在8数据位后随着是结束位
237。屏幕上扫描段开始的地点的座标必须选择得使时间间隙(包
括光栅的回扫)全都相等。传送数据直至结束位6出现在238上，
在此一新的CRT帧开始。假定为一屏幕分辨率640×480的VGA
监视器，采用每一屏幕68毕特位每一毕特7扫描行就能得到4800
的波特率。但是以所选定的每一数据块10毕特的约定，每一屏只
能传送60毕特位，因为数据信息块必须为一整数，这里为6数据
信息块。这样，数据传送将以一4235.3(4800×60/68)的“有
效”波特率进行。所示系统可异步地传送数据到一能以4800波特
率接收的手持装置，但是以一4235.3的有效毕特率。
这样，这里就揭示了一种由一可控光源-包括例如计算机监
视器或电视屏幕-传送数据到一腕式仪器即手持装置的完善的设
计。操作人员不一定必须仔细地将该装置对准屏幕，而是可以握
住手表，即信息装置距离屏幕某一感到舒适的距离并以一采用许
多标准协议之一的简单方式装载数据。各种不同的通常的编码可
被用来以接近于电话通信中所用的调制解调器的速率传送数据。
这仅需要数秒钟即可装满现今的电子手表，即手持装置中可能有
的存贮器。
利用带通滤波器来消除来自周围虚线光源和监视器垂直扫描
频率的低频干扰，以及衰减水平扫描频率中所不希望的信号的更
高频率，使得数据能以有用的速率传送将信息下装进便携信息装
置。本技术领域的技术人员将会作出其他改变，因此所期求的是
保证所有那些在本发明范畴和精神实质之内的变型均属于所列权
利要求之内。