制作电子棋盘

我想制作一个木制棋盘，可以用普通棋子（例如，不是使用RFID代码，磁铁等的改良棋子）来玩，但是要与一个注意到我的动作并充当第二个玩家。

我一直在考虑如何检测板上的零件，因此我做出了不需要识别哪一块的决定：“真相”在软件中，因此如果我将一块从A移到B ，该软件能够找出移动了​​哪一部分。

因此，我想到在棋盘的每个区域钻两个孔，一个在中间，一个在右上角：

• 中间的一个将用于亮度传感器，以检测一块物体是否站在场地上。
• 拐角处的一个将用于LED指示灯，以显示用户必须为计算机移动的零件，以便真实情况与软件情况再次匹配。

我想使用Raspberry Pi作为运行软件的硬件基础，它将用Node.js编写（但这对这个问题应该不重要）。

因此，我最终需要分别解决的是64个亮度传感器和64个LED。换句话说：我需要64个输出和64个输入。当然，这是Raspberry Pi无法解决的问题-我认为必须有一个比拥有128个I / O端口更好的方法。

由于我认为检测电路板的状态是更重要的任务，因此我开始在网上搜索如何处理8x8的开关矩阵。我发现了使用微控制器的建议，该微控制器顺序扫描电路板的列，并在每列中检测是否使用了行（=字段）。

这将减少复杂度，使其具有8个输出和8个输入（以便能够读取板的状态）。

对此，我有几个问题：

1. 我的想法是否正确，即这是正确的方法，还是我应该提防的更好的选择？
2. 由于我没有使用微控制器的经验，我需要注意什么？我是否只需要一个16针的微控制器，该微控制器可以用我能写的语言编程，或者…？
3. 有没有人建立过这样的委员会，并有一些建议或知识可以指导您完成该过程？

由于一幅图像值一千个单词，因此以下是LDM-24488NI的示例：64位矩阵

对于您的应用，您将需要一个这样的矩阵用于LED，另一个需要一个矩阵用于传感​​器，总共需要32个IO引脚。由于您的RPi没有那么多，因此您将不得不使用1-to-8 demux选择单个行和列：

对于LED，您可以同时对行和列使用解复用器，因为一次只需要一个LED。对于传感器，我建议对行使用多路分配器，对列使用多行，以便能够检测一行中的多个活动传感器。这样会将所需的引脚数增加到RPi可以处理的17个引脚。

是的，正如您所描述的，多路复用是解决事物数组的一种常用方法。

最棘手的部分将是处理光传感器的模拟性质。在这种情况下，CdS LDR（光敏电阻）可能是最好的，因为它们灵敏，价格便宜，并且在人类的亮度范围内产生易于测量的大响应。从电气上讲，它们是电阻器，在明亮的光线下电阻会减小。

如果您使用具有8个模拟输入的微型计算机，它将简化多路复用。这意味着您的多路复用器内置在微型麦克风中。例如，您启用一行LDR，并直接使用Micro读取8列信号。

按顺序扫描64个模拟输入可以很容易地用普通的微控制器即时完成。假设您可以每100 µs读取一次新读数。即使对于小型且便宜的千分尺，也是如此。这意味着整板将每6.4毫秒扫描一次，这比您感觉到的延迟要快得多。

LED的复用更加容易，因为所有这些操作都是通过数字输出完成的。大量的微控制器具有超过16个数字输出，因此这没有问题。还有其他事情会发生，并且您将比现在所期望的更快地消耗引脚，但是64引脚微型芯片应该足够好，即使不是44引脚。

我可能会专门用一个微型芯片来处理板I / O。为具有足够的I / O引脚，A / D输入等进行了优化。然后，它通过UART连接到主计算引擎。该协议看起来像“照亮正方形3,2”或“从正方形5,4取下一块”。只要您保持协议不变，将来还可以使用完全不同的硬件接口。

对于LED而言，显而易见的方法是为棋盘的每一行和每一列提供一个输出：总共8 + 8 = 16个引脚。阳极将连接到行线，阴极将连接到列线。对于要点亮的LED，您可以使其阳极线为正（逻辑1），使其阴极线为负（逻辑0），同时使其他LED保持反向状态（这样，其余的LED具有中性或反向偏置）。

我在这里假设微控制器可以提供足够高/低的电压，使您能够将一个LED桥接到另一个LED。如果不是这种情况，则每条线都需要一个晶体管或缓冲器。使用5V电源时，考虑到LED的压降约为2V，并且您想要在限流电阻上施加合理的压降（请注意，您只需要将它们安装在行线或列线中，而不必同时安装在这两个行中），这是很紧的。

如果您的输出为三态（即，除了逻辑0和逻辑1之外，还可以将它们设置为高阻抗状态，也许可以通过将它们临时配置为输入），那么您可以变得更聪明，并使用带有LED的4x8网格以反平行线对连接。在此设置中，将未使用的输出设置为高阻抗很重要，否则不需要的LED将会点亮。

在这两种情况下，您都必须考虑电流消耗，以及是否有可能冒着软件错误同时点亮所有LED的风险（如果不考虑这可能会使微控制器的该行过电流） ）

传感器的情况更为复杂。我将假设您使用电阻传感器，尽管不一定要保证光电晶体管只能在一个方向上导电。

您可以使用与点亮LED相同的8行输出，但将需要专用于传感的8列输入。毫无疑问，您会看到这样的键盘电路。请记住，这些按钮只能一次按下一个键。如果用户同时按下1,3,7和9，则键盘将无法检测到用户是否释放了这四个键中的任何一个，因为仍然存在通过其他三个开关的电流路径。

音乐键盘上使用的解决方案（设计为一次导通多个矩阵元素）是在每个开关上串联一个二极管。

另一个解决方案是购买四个具有集电极开路输出（如果使用MOSFET IC，则开路漏极）的4至16解码器IC，例如：http : //www.unicornelectronics.com/ftp/Data%20Sheets/74159.pdf集电极开路意味着IC的输出将仅吸收电流，而不提供电流。因此，您可以将16个传感器连接到芯片的16个输出，并且公共端的另一端与上拉电阻一起（您也可以在此处连接ADC）。您将一个输出拉低（导通），将另一个输出拉高（不导通）。这与标准逻辑输出相反，在标准逻辑输出中，其他15个输出将向公共点注入电流。

这些IC的输入为4位二进制，以选择16个输出之一，但它们也有一个额外的输入来启用/禁用芯片。因此，您可能具有64个集电极开路接收器阵列，它们连接到64个传感器，而传感器的另一端都共用一个上拉电阻和模数转换器。为此，您的微控制器上总共需要8个输出：四个用于获取4至16选择信号（对于所有四个芯片都是通用的），四个用于使能信号（每个芯片一个）。

编辑：3到8个解码器（也称为8中的1 = 8中的1行）似乎比4到16更可用，但是8个IC比4更杂乱。另一种可能有用的IC是八进制计数器（及其更常见的十进制计数器，可以通过将其第九个输出连接到复位线来配置为八进制计数器。）这些计数器需要一个串行脉冲才能从一个输出前进到下一个输出，因此需要的脉冲数更少微控制器上的I / O引脚比解码器IC的I / O引脚大。它们通常具有用于复位和启用的附加输入。IC也有所谓的移位寄存器，有两种类型：一种用于将串行转换为并行，另一种用于并行转换为串行。最后，有缓冲区，您可以将其放置在Rasberry Pi和棋between之间，以免Pi在过电流情况下不会被破坏。所有这些都可以在多路复用电路中使用。

复用确实是一种常见的做法。

有两种方法可以让您从树莓派中获得更多收益

一种是使用芯片为您完成一些繁重的工作。例如，如果您有8个输入和8个输出来读取板的状态，则可以使用一个计数器，一次将8个输入增加一个。为此，您将需要在Arduino上使用2个引脚-一个可以重置为第一个引脚，而另一个则可以“转到下一行”。您只保存了6个图钉！

节省6个引脚可能还不够-让我们看看从这里可以去哪里：如果将8x8网格重新排列为16x4网格，则可以使用类似http://www.instructables.com/id/16-Stage的方法-Decade-Counter-Chain-Using-two-4017-Chi /？ALLSTEPS（忽略上半部分，从上到下向下的两行是您的“重置”，从左上角开始，而“转到下一行”，这里称为CLK。现在，您可以在板的左半部分计算8，然后在板的右半部分计算8。将列A和E，B和F，C和G以及D和H连接在一起。

恭喜，您现在有两个输出引脚（复位和时钟）和4个输入引脚，总共6个-节省了10个引脚！请注意，树莓派没有模拟到数字转换器，因此您需要做一些额外的工作。

现在用于LED。您已经有一个受控的电源（两个十年计数器）-让它们重复使用。将16个电源引脚上的64个LED通过一个电阻器（每个LED必须具有自己的电阻器！）连接到其他4个导轨（与上述相同的布局：AE，BF，CG和DH）。通过4个晶体管的4个引脚将这4个电源轨连接到4个引脚，然后将所有引脚置于“高电平”-由于LED的两侧现在均为5伏，因此LED将熄灭。然后，当您要点亮LED时，请确保您的二十岁处于正确的位置（就像您在那个正方形上阅读传感器一样），将4个导轨之一设置为低。现在，电流应该从十进制计数器的“高”点流到该特定轨中的“低”点。嘿，请记住，灯亮了！稍稍延迟一下，然后再将其关闭，然后再次更改十年计数器。

如果你想要更多的控制，你可以使用像一个TLC5940芯片- http://playground.arduino.cc/Learning/TLC5940 -每个芯片可以设置16个LED（所以你需要这4）成一个亮度级从0（关闭）到1024（全开），因此您可以在控制的情况下淡入和淡出单个LED。从内存来看，这些需要大约4个引脚，并且可以通过菊花链方式连接，因此4个数字引脚（其中之一必须是PWM-该引脚旁边有“〜”符号）将控制任意数量的LED。

祝好运！

我认为您不需要在右上角有一个LED。您所提到的在中间的传感器就足够了。整T部分将是国际象棋棋盘的代码。假设您有一个棋盘。该行将显示为“字母”，而列将显示为“数字”。

因此，首先需要一个程序来在初始位置编程样片的类型。稍后，当您移动棋子时，代码会将棋子的初始位置生成到最终位置。这将使您的输入减少一半。