軍棋裁判器的CPLD實現(xiàn)

趙航+康廣荃

摘 要：普通軍棋一般都需要第三方做裁判，現(xiàn)在提出用一種電子裁判器來替代第三方裁判，實現(xiàn)無裁判對弈。該設(shè)計采用CPLD來實現(xiàn)邏輯判斷和輸入輸出顯示，成本低廉，電路簡單，性能可靠。

關(guān)鍵詞：軍棋裁判器；CPLD；霍爾開關(guān)；二進(jìn)制編碼

中圖分類號：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0008-01

軍棋是青少年常玩的一種益智娛樂項目，常見的有兩人對弈和四國大戰(zhàn)。在軍棋游戲的對弈中，需要裁判來判別雙方的棋子大小和最終勝負(fù)，所以常常會因為缺少裁判或裁判不公而難以使游戲正常進(jìn)行，軍棋裁判器的設(shè)計則很好地解決了這個問題。

該軍棋裁判器是根據(jù)軍棋的游戲規(guī)則來設(shè)計完成的，實現(xiàn)棋子大小的比較。而棋子的等級可通過在棋子內(nèi)鑲嵌磁石，然后利用霍爾效應(yīng)來識別，相當(dāng)于對棋子進(jìn)行二進(jìn)制編碼。裁判臺將讀取的二進(jìn)制編碼信號送入CPLD器件，CPLD根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的比較關(guān)系進(jìn)行判斷，輸出比較結(jié)果，用指示燈和蜂鳴器表示。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了方便進(jìn)行棋子大小的比較，軍棋裁判器以EMP1270芯片為核心。當(dāng)甲乙兩方棋子靠近裁判臺時，就接通了裁判臺上對應(yīng)的霍爾開關(guān)，分別產(chǎn)生四位數(shù)的二進(jìn)制編碼，EMP1270讀取編碼信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序比較關(guān)系，輸出相應(yīng)的結(jié)果，用蜂鳴器和指示燈顯示比較結(jié)果。整個系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括棋子編碼和棋子比較判別兩部分。

2.1 編碼電路設(shè)計

開關(guān)型霍爾傳感器（簡稱霍爾開關(guān)）是一種新型的集成電路無觸點開關(guān)，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級（OC門）組成，在磁場作用下可用來實現(xiàn)棋子編碼。棋子的側(cè)面鑲嵌磁石，如圖2所示。

圖1 裁判器總體框圖 圖2 棋子結(jié)構(gòu)圖

采用圖2所示的方法對軍棋的12種軍階進(jìn)行編碼，結(jié)果如表1所示。

表1 棋子編碼

工兵 排長 連長 營長 團(tuán)長 旅長 師長 軍長 司令 地雷 炸彈 軍棋

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011

2.2 比較電路設(shè)計

比較器部分采用Altera公司的EPM1270可編程邏輯器件，其成本低、功耗低，編程方便，可實現(xiàn)較大規(guī)模電路的設(shè)計。同時采用LM317穩(wěn)壓電路為EPM1270提供工作電壓。考慮到空間等其他因素的影響，本設(shè)計采用了便攜式適配器的做法，通過5 V

直流電源接口供電。5 V電源接口為內(nèi)正外負(fù)連接， 通過兩片LM317電平轉(zhuǎn)換，為整個電路板提供5 V、3.3 V和2.5 V三種直流電電壓，供各部分電路使用。編碼數(shù)據(jù)輸入由IO口直接引出，帶100 Ω保護(hù)電阻。輸出部分由3個LED和1個蜂鳴器構(gòu)成，3個LED亮分別表示每次比較會產(chǎn)生的3種結(jié)果：甲方大、乙方大、相等，蜂鳴器采用兩種不同輸入頻率表示甲方勝或乙方勝。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

程序設(shè)計VHDL語言編程，總體功能包括分頻、比較和蜂鳴器輸出控制。

系統(tǒng)時鐘源采用50 MHz有源晶振，分頻部分對系統(tǒng)時鐘分頻，產(chǎn)生5 MHz和5 000 Hz的兩個頻率相差較大的方波，用來產(chǎn)生蜂鳴器輸出驅(qū)動信號，表示甲方勝或者乙方勝。

棋子比較部分采用逐一比較的方法，例如當(dāng)甲方為工兵時，分別與乙方12種棋子比較，其中除遇到乙方地雷、炸彈和軍旗外，其他都為按編碼大小判斷比較結(jié)果；若乙方為地雷和炸彈，則判斷為相等；若乙方為軍旗，則判斷為甲方大，且甲方勝。其余依此類推，直至所有情況都比較完為止。根據(jù)每次的比較結(jié)果決定輸出顯示控制信號為高電平或低電平。

蜂鳴器輸出控制部分根據(jù)比較結(jié)果決定采用何種頻率的信號控制蜂鳴器工作。

4 結(jié)束語

本文提出了利用霍爾開關(guān)和CPLD器件設(shè)計軍棋裁判器的方法，并在設(shè)計上考慮了使用的方便性、便攜性和娛樂性。經(jīng)實踐證明，該裁判器電路簡單，性能可靠，性價比高，適合普遍推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]周洪強(qiáng).簡易陸戰(zhàn)棋裁判器的制作[J].電子制作，2008（9）.

[2]凌忠興，周洪強(qiáng).基于51單片機(jī)及ADC0809的陸戰(zhàn)棋裁判器[J].電子世界，2011（07）.

[3]李桂安.電子技術(shù)實驗及課程設(shè)計[M].南京：東南大學(xué)出版社，2008

[4]盧文科，朱長純，方建安.霍爾元件與電子檢測應(yīng)用電路[M].北京：中國電子出版社，2005.

[5]王鎖萍.電子設(shè)計自動化（EDA）教程[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2002.

————————

作者簡介：趙航，女，講師，碩士，主要研究方向為信息技術(shù)、圖形圖像處理。

〔編輯：曹月〕

Military Chess CPLD to Realize to the Referee

Zhao Hang， Kang Guangquan

Abstract： Ordinary military chess typically require a third party to do the referee， now with an electronic device to replace the third party referee， no right as a referee. This design USES the CPLD to realize logic judgment and input and output， according to low cost， simple circuit， reliable performance.

Key words： military chess referee； CPLD； hall switch； binary code

摘 要：普通軍棋一般都需要第三方做裁判，現(xiàn)在提出用一種電子裁判器來替代第三方裁判，實現(xiàn)無裁判對弈。該設(shè)計采用CPLD來實現(xiàn)邏輯判斷和輸入輸出顯示，成本低廉，電路簡單，性能可靠。

關(guān)鍵詞：軍棋裁判器；CPLD；霍爾開關(guān)；二進(jìn)制編碼

中圖分類號：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0008-01

軍棋是青少年常玩的一種益智娛樂項目，常見的有兩人對弈和四國大戰(zhàn)。在軍棋游戲的對弈中，需要裁判來判別雙方的棋子大小和最終勝負(fù)，所以常常會因為缺少裁判或裁判不公而難以使游戲正常進(jìn)行，軍棋裁判器的設(shè)計則很好地解決了這個問題。

該軍棋裁判器是根據(jù)軍棋的游戲規(guī)則來設(shè)計完成的，實現(xiàn)棋子大小的比較。而棋子的等級可通過在棋子內(nèi)鑲嵌磁石，然后利用霍爾效應(yīng)來識別，相當(dāng)于對棋子進(jìn)行二進(jìn)制編碼。裁判臺將讀取的二進(jìn)制編碼信號送入CPLD器件，CPLD根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的比較關(guān)系進(jìn)行判斷，輸出比較結(jié)果，用指示燈和蜂鳴器表示。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了方便進(jìn)行棋子大小的比較，軍棋裁判器以EMP1270芯片為核心。當(dāng)甲乙兩方棋子靠近裁判臺時，就接通了裁判臺上對應(yīng)的霍爾開關(guān)，分別產(chǎn)生四位數(shù)的二進(jìn)制編碼，EMP1270讀取編碼信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序比較關(guān)系，輸出相應(yīng)的結(jié)果，用蜂鳴器和指示燈顯示比較結(jié)果。整個系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括棋子編碼和棋子比較判別兩部分。

2.1 編碼電路設(shè)計

開關(guān)型霍爾傳感器（簡稱霍爾開關(guān)）是一種新型的集成電路無觸點開關(guān)，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級（OC門）組成，在磁場作用下可用來實現(xiàn)棋子編碼。棋子的側(cè)面鑲嵌磁石，如圖2所示。

圖1 裁判器總體框圖 圖2 棋子結(jié)構(gòu)圖

采用圖2所示的方法對軍棋的12種軍階進(jìn)行編碼，結(jié)果如表1所示。

表1 棋子編碼

工兵 排長 連長 營長 團(tuán)長 旅長 師長 軍長 司令 地雷 炸彈 軍棋

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011

2.2 比較電路設(shè)計

比較器部分采用Altera公司的EPM1270可編程邏輯器件，其成本低、功耗低，編程方便，可實現(xiàn)較大規(guī)模電路的設(shè)計。同時采用LM317穩(wěn)壓電路為EPM1270提供工作電壓。考慮到空間等其他因素的影響，本設(shè)計采用了便攜式適配器的做法，通過5 V

直流電源接口供電。5 V電源接口為內(nèi)正外負(fù)連接， 通過兩片LM317電平轉(zhuǎn)換，為整個電路板提供5 V、3.3 V和2.5 V三種直流電電壓，供各部分電路使用。編碼數(shù)據(jù)輸入由IO口直接引出，帶100 Ω保護(hù)電阻。輸出部分由3個LED和1個蜂鳴器構(gòu)成，3個LED亮分別表示每次比較會產(chǎn)生的3種結(jié)果：甲方大、乙方大、相等，蜂鳴器采用兩種不同輸入頻率表示甲方勝或乙方勝。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

程序設(shè)計VHDL語言編程，總體功能包括分頻、比較和蜂鳴器輸出控制。

系統(tǒng)時鐘源采用50 MHz有源晶振，分頻部分對系統(tǒng)時鐘分頻，產(chǎn)生5 MHz和5 000 Hz的兩個頻率相差較大的方波，用來產(chǎn)生蜂鳴器輸出驅(qū)動信號，表示甲方勝或者乙方勝。

棋子比較部分采用逐一比較的方法，例如當(dāng)甲方為工兵時，分別與乙方12種棋子比較，其中除遇到乙方地雷、炸彈和軍旗外，其他都為按編碼大小判斷比較結(jié)果；若乙方為地雷和炸彈，則判斷為相等；若乙方為軍旗，則判斷為甲方大，且甲方勝。其余依此類推，直至所有情況都比較完為止。根據(jù)每次的比較結(jié)果決定輸出顯示控制信號為高電平或低電平。

蜂鳴器輸出控制部分根據(jù)比較結(jié)果決定采用何種頻率的信號控制蜂鳴器工作。

4 結(jié)束語

本文提出了利用霍爾開關(guān)和CPLD器件設(shè)計軍棋裁判器的方法，并在設(shè)計上考慮了使用的方便性、便攜性和娛樂性。經(jīng)實踐證明，該裁判器電路簡單，性能可靠，性價比高，適合普遍推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]周洪強(qiáng).簡易陸戰(zhàn)棋裁判器的制作[J].電子制作，2008（9）.

[2]凌忠興，周洪強(qiáng).基于51單片機(jī)及ADC0809的陸戰(zhàn)棋裁判器[J].電子世界，2011（07）.

[3]李桂安.電子技術(shù)實驗及課程設(shè)計[M].南京：東南大學(xué)出版社，2008

[4]盧文科，朱長純，方建安.霍爾元件與電子檢測應(yīng)用電路[M].北京：中國電子出版社，2005.

[5]王鎖萍.電子設(shè)計自動化（EDA）教程[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2002.

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作者簡介：趙航，女，講師，碩士，主要研究方向為信息技術(shù)、圖形圖像處理。

〔編輯：曹月〕

Military Chess CPLD to Realize to the Referee

Zhao Hang， Kang Guangquan

Abstract： Ordinary military chess typically require a third party to do the referee， now with an electronic device to replace the third party referee， no right as a referee. This design USES the CPLD to realize logic judgment and input and output， according to low cost， simple circuit， reliable performance.

Key words： military chess referee； CPLD； hall switch； binary code

摘 要：普通軍棋一般都需要第三方做裁判，現(xiàn)在提出用一種電子裁判器來替代第三方裁判，實現(xiàn)無裁判對弈。該設(shè)計采用CPLD來實現(xiàn)邏輯判斷和輸入輸出顯示，成本低廉，電路簡單，性能可靠。

關(guān)鍵詞：軍棋裁判器；CPLD；霍爾開關(guān)；二進(jìn)制編碼

中圖分類號：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0008-01

軍棋是青少年常玩的一種益智娛樂項目，常見的有兩人對弈和四國大戰(zhàn)。在軍棋游戲的對弈中，需要裁判來判別雙方的棋子大小和最終勝負(fù)，所以常常會因為缺少裁判或裁判不公而難以使游戲正常進(jìn)行，軍棋裁判器的設(shè)計則很好地解決了這個問題。

該軍棋裁判器是根據(jù)軍棋的游戲規(guī)則來設(shè)計完成的，實現(xiàn)棋子大小的比較。而棋子的等級可通過在棋子內(nèi)鑲嵌磁石，然后利用霍爾效應(yīng)來識別，相當(dāng)于對棋子進(jìn)行二進(jìn)制編碼。裁判臺將讀取的二進(jìn)制編碼信號送入CPLD器件，CPLD根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的比較關(guān)系進(jìn)行判斷，輸出比較結(jié)果，用指示燈和蜂鳴器表示。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了方便進(jìn)行棋子大小的比較，軍棋裁判器以EMP1270芯片為核心。當(dāng)甲乙兩方棋子靠近裁判臺時，就接通了裁判臺上對應(yīng)的霍爾開關(guān)，分別產(chǎn)生四位數(shù)的二進(jìn)制編碼，EMP1270讀取編碼信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序比較關(guān)系，輸出相應(yīng)的結(jié)果，用蜂鳴器和指示燈顯示比較結(jié)果。整個系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括棋子編碼和棋子比較判別兩部分。

2.1 編碼電路設(shè)計

開關(guān)型霍爾傳感器（簡稱霍爾開關(guān)）是一種新型的集成電路無觸點開關(guān)，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級（OC門）組成，在磁場作用下可用來實現(xiàn)棋子編碼。棋子的側(cè)面鑲嵌磁石，如圖2所示。

圖1 裁判器總體框圖 圖2 棋子結(jié)構(gòu)圖

采用圖2所示的方法對軍棋的12種軍階進(jìn)行編碼，結(jié)果如表1所示。

表1 棋子編碼

工兵 排長 連長 營長 團(tuán)長 旅長 師長 軍長 司令 地雷 炸彈 軍棋

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011

2.2 比較電路設(shè)計

比較器部分采用Altera公司的EPM1270可編程邏輯器件，其成本低、功耗低，編程方便，可實現(xiàn)較大規(guī)模電路的設(shè)計。同時采用LM317穩(wěn)壓電路為EPM1270提供工作電壓。考慮到空間等其他因素的影響，本設(shè)計采用了便攜式適配器的做法，通過5 V

直流電源接口供電。5 V電源接口為內(nèi)正外負(fù)連接， 通過兩片LM317電平轉(zhuǎn)換，為整個電路板提供5 V、3.3 V和2.5 V三種直流電電壓，供各部分電路使用。編碼數(shù)據(jù)輸入由IO口直接引出，帶100 Ω保護(hù)電阻。輸出部分由3個LED和1個蜂鳴器構(gòu)成，3個LED亮分別表示每次比較會產(chǎn)生的3種結(jié)果：甲方大、乙方大、相等，蜂鳴器采用兩種不同輸入頻率表示甲方勝或乙方勝。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

程序設(shè)計VHDL語言編程，總體功能包括分頻、比較和蜂鳴器輸出控制。

系統(tǒng)時鐘源采用50 MHz有源晶振，分頻部分對系統(tǒng)時鐘分頻，產(chǎn)生5 MHz和5 000 Hz的兩個頻率相差較大的方波，用來產(chǎn)生蜂鳴器輸出驅(qū)動信號，表示甲方勝或者乙方勝。

棋子比較部分采用逐一比較的方法，例如當(dāng)甲方為工兵時，分別與乙方12種棋子比較，其中除遇到乙方地雷、炸彈和軍旗外，其他都為按編碼大小判斷比較結(jié)果；若乙方為地雷和炸彈，則判斷為相等；若乙方為軍旗，則判斷為甲方大，且甲方勝。其余依此類推，直至所有情況都比較完為止。根據(jù)每次的比較結(jié)果決定輸出顯示控制信號為高電平或低電平。

蜂鳴器輸出控制部分根據(jù)比較結(jié)果決定采用何種頻率的信號控制蜂鳴器工作。

4 結(jié)束語

本文提出了利用霍爾開關(guān)和CPLD器件設(shè)計軍棋裁判器的方法，并在設(shè)計上考慮了使用的方便性、便攜性和娛樂性。經(jīng)實踐證明，該裁判器電路簡單，性能可靠，性價比高，適合普遍推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]周洪強(qiáng).簡易陸戰(zhàn)棋裁判器的制作[J].電子制作，2008（9）.

[2]凌忠興，周洪強(qiáng).基于51單片機(jī)及ADC0809的陸戰(zhàn)棋裁判器[J].電子世界，2011（07）.

[3]李桂安.電子技術(shù)實驗及課程設(shè)計[M].南京：東南大學(xué)出版社，2008

[4]盧文科，朱長純，方建安.霍爾元件與電子檢測應(yīng)用電路[M].北京：中國電子出版社，2005.

[5]王鎖萍.電子設(shè)計自動化（EDA）教程[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2002.

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作者簡介：趙航，女，講師，碩士，主要研究方向為信息技術(shù)、圖形圖像處理。

〔編輯：曹月〕

Military Chess CPLD to Realize to the Referee

Zhao Hang， Kang Guangquan

Abstract： Ordinary military chess typically require a third party to do the referee， now with an electronic device to replace the third party referee， no right as a referee. This design USES the CPLD to realize logic judgment and input and output， according to low cost， simple circuit， reliable performance.

Key words： military chess referee； CPLD； hall switch； binary code