МАЛОГАБАРИТНЫЕ ШАХМАТЫ С ЧАСАМИ

May 5, 2010 by admin Комментировать »

С. Лучин, А. Скопцов, Н. Козлов

В предлагаемой конструкции шахматные часы с ав­тономным питанием смонтированы в основании доски, причем индикаторы времени и органы управления часов размещены на выступающей части основания, располо­женной вдоль боковой стороны игрового поля. Внутри устройства расположен выдвижной ящик для хранения шахматных фигур. В нижней части фигур установлены магниты, обеспечивающие устойчивое положение послед­них на игровом поле, изготовленном из тонкой листовой стали. Выполнение переносной доски и шахматных часов в виде единого блока позволяет обеспечивать устойчи­вость устройства, а также постоянное взаимное распо­ложение игрового поля, индикаторов и органов управ­ления часов в условиях тряски, качки или толчков, а также при стесненных размерах опорной поверхности, на которой оно размещается при игре. Благодаря этим особенностям, а также малым габаритам шахматы с часами являются удобными для пользования в движу­щемся транспорте, в туристических походах и т. п.

Отсчет времени каждым из партнеров производится по индивидуальным табло-индикаторам, показывающим время (часы, минуты и секунды) в цифровой форме. При включении часы автоматически устанавливаются на нуль и находятся в таком состоянии до нажатия кнопки за­пуска часов любым из партнеров. Запуск и остановка часов производится соответствующими кнопками, причем при запуске часов партнерами (после выполнения оче­редного хода) часы нажимающего кнопку останавли­ваются. При перерыве в игре часы могут быть останов­лены кнопкой остановки, при этом на табло будет инди­цироваться время, затраченное на обдумывание партии каждым из партнеров. Для последующего запуска часов достаточно нажать любую из кнопок запуска.

Кроме обычного режима отсчета времени, затрачи­ваемого партнерами на обдумывание партии при турнир­ных встречах, часы обеспечивают световую индикацию, автоматическую остановку и фиксацию времени в корот­ких партиях при молниеносной игре после окончания регламента времени у одного из партнеров, при этом запуск часов кнопками запуска блокируется.

Для удобства описания работы шахматных часов условно назовем один из цифровых индикаторов и отно­сящиеся к нему элементы левыми, другой индикатор и элементы, к нему относящиеся, — правыми.

На рис. 1 приведена структурная схема электронных шахматных часов. Рассмотрим работу часов по струк­турной схеме.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема шахматных часов

Колебания кварцевого генератора частотой 32 768 Гц, поделенные делителем до частоты 64 Гц, поступают на схему управления. Схема управления обеспечивает про­хождение импульсов частотой 64 Гц на входы делителей f/26 левого либо правого канала отсчета времени в зависимости от поступления сигналов «Пуск», а также запрещение прохождения импульсов на оба канала по сигналам «Остановка» или «Блокировка». Импульсы частотой 64 Гц, поделенные делителем соответствующе­го канала, поступают на счетчики-дешифраторы, кото­рые имеют б разрядов: единиц секунд (ЕС), десятков секунд (ДС), единиц минут (ЕМ), десятков минут (ДМ), единиц часов (ЕЧ), десятков часов (ДЧ), и работают на шестиразрядные цифровые индикаторы.

Схема блокировки и индикации предназначена для определения момента окончания времени партии, в каче­стве которого выбран момент наступления 24 часов на табло любого индикатора. В момент окончания време­ни партии схема блокировки и индикации блокирует про­хождение импульсов частот 64 Гц через схему управле­ния и обеспечивает загорание светодиода («флажка»). Схема обнуления предназначена для установки в «нули» счетчиков-дешифраторов после включения питания часов.

Более подробно работа электронных шахматных ча­сов рассмотрена ниже по принципиальной схеме (рис.2). Основные узлы устройства реализованы на следующих элементах:

кварцевый генератор на частоту 32 768 Гц с делите­лем частоты от 32 768 Гц до 64 Гц на микросхеме (МС) D9;

два делителя частоты от 64 Гц до 1 Гц на МС D9 и D15 для левого и правого каналов соответственно;

два канала счетчиков-дешифраторов единиц секунд (ЕС), десятков секунд (ДС), единиц минут (ЕМ), де­сятков минут (ДМ), единиц часов (ЕЧ), десятков часов (ДЧ), собранных соответственно на МС D1…D8 (А1) для левого канала и МС D1…D8 (А2) для правого канала;

триггеры установки минут и часов с соответствующи­ми кнопками, собранные на МС DILI, D11.2 и D12.1 для левого канала и D11.3, D11.4 и D3.3A2, D3.4A2 для пра­вого канала;

схема световой индикации окончания времени партии и блокировки часов, состоящая из МС D10.2, D13.1, D14 и светодиода VI;

схема получения нуля часов после включения пита­ния, состоящая из инвертора A1-D3.4, резистора R9 и конденсатора С4;

левый и правый цифровые индикаторы HI и Н2.

После включения питания часов переключателем S8 . конденсатор С4 начинает заряжаться от источника пи­тания через резистор R9. До тех пор пока напряжение на конденсаторе С4 меньше напряжения переключения логических элементов A1-D3.4, A1-D6.4 и A2-D6.4, на их выходах присутствует сигнал логической 1, который устанавливает в нуль счетчики ЕС, ДС, ЕМ, ДМ, ЕЧ, ДЧ, делители частоты от 64 Гц до 1 Гц и триггер D13.1. Для установки в нуль триггеров D12.2 и D13.2 после включения питания их D входы подключены к минусу источника питания. После того как конденсатор С4 за­рядится до напряжения переключения логических эле­ментов A1-D3.4, A1-D6.4 и A2-D6.4, на их выходах появится сигнал логического 0, который является разре­шающим для счета. Таким образом, после включения питания счетчики ЕС, ДС, ЕМ, ДМ, ЕЧ, ДЧ устанавли­ваются в нулевое положение, и на индикаторах высве­чиваются нули.

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема

В дальнейшем пользование электронными шахматны­ми часами мало отличается от пользования механиче­скими. Пусть, к примеру, партнер слева играет белыми. В этом случае в начале игры партнер справа, играющий черными, нажимает кнопку S4, находящуюся над пра­вым индикатором. При этом триггер D12.2 устанавлива­ется в состояние логической 1, сигнал с его выхода по­ступает на вход логического элемента D10.1 и разре­шает прохождение счетных импульсов частотой 64 Гц на вход делителя частоты с коэффициентом пересчета 64 (вывод 2 МС D9) левого канала. С выхода этого де­лителя частоты (вывод 5 МС D9) счетные импульсы час- тотой 1 Гц поступают на вход счетчика ЕС (вывод 4 на A1-D1) левого канала. Начинается отсчет времени, за­траченного на обдумывание хода левым партнером. Пос­ле того как партнер слева сделал ход, он нажимает кнопку S3, находящуюся над левым индикатором, при этом триггер D12.2 устанавливается в состояние логи­ческого 0 и тем самым запрещает прохождение счетных импульсов частотой 64 Гц через логический элемент D10.1 (т. е. часы левого партнера останавливаются), а триггер D13.2 устанавливается в состояние логической 1 и тем самым разрешает прохождение счетных импульсов на вход счетчика ЕС правого канала. Начинается отсчет времени, затраченного на обдумывание хода партнером справа. Далее все повторяется.

clip_image006

Рис. 2. Принципиальная схема (окончание)

Таким образом, при поочередном нажатии кнопок S3 и S4 шахматные часы поочередно отсчитывают время, затраченное на обдумывание хода каждым из партнеров, а на индикаторах в любой момент времени индицирует­ся суммарное время, затраченное на игру каждым из партнеров. Если же один из партнеров не уберет руку . с кнопки после ее нажатия (что особенно возможно при молниеносной игре), то это не помешает другому парт­неру нажать на свою кнопку, остановив тем самым свои часы и запустив часы, партнера, не снявшего руки с кноп­ки. Для этой цели в схему введены конденсаторы СЗ и С4. Когда кнопки S3 и S4 не нажаты, через их нор­мально замкнутые контакты конденсаторы СЗ и С4 за­ряжаются практически до потенциала источника пита­ния. При нажатии на любую из кнопок конденсатор, соответствующий нажатой кнопке, подключается ко вхо­дам триггеров, соединенным с нормально разомкнутым контактом данной кнопки, и триггеры переключаются, производя остановку одних и запуск других часов. Зна­чения емкости конденсаторов таковы, что запасенной энергии достаточно для надежного срабатывания триг­геров. Резисторы R12 и R13 служат для.ограничения то­ка зарядки конденсаторов.

В случае необходимости четкого лимитирования вре­мени партии, что характерно для молниеносной игры, следует после включения часов кнопками установки ми­нут и часов (кнопка S1 и кнопка S2 для левого канала, кнопка S5 и кнопка S6 для правого канала) выставить время, обеспечивающее требуемую длительность партии. В данной конструкции своеобразным «порогом», сигна­лизирующим об окончании партии, является 24 часа, поэтому для того, чтобы установить часы на длитель­ность партии Та на индикаторах, должно быть выставле­но время Т, определяемое как разность T=24 — Тп. На­пример, если необходимо лимитировать длительность партии времени Та=1 ч 30 мин, т на цифровых ин­дикаторах часов должно быть выставлено время Т=24 ч — 1 ч 30 мин = 22 ч 30 мин. Рассмотрим, к при­меру, процесс установки минут левого индикатора. При отпущенной кнопке S1 на выходе триггера, собранного на МС DILI и D11.2, присутствует сигнал логической 1. При нажатии кнопки S1 он сменяется сигналом логиче­ского 0. Таким образом, при каждом нажатии, а затем отпускании кнопки S1 на счетный вход счетчика ЕМ A1-D4 (контакт 4) через МС A1-D3.2 поступает пере­пад напряжения, вызывающий срабатывание счетчика и изменение его показаний на единицу. Аналогично про­изводится установка часов левого индикатора кнопкой S2. После установки времени партии часы подготовлены к игре. Дальнейшее пользование часами происходит так же, как описано выше. При окончании времени пар­тии (в момент наступления 24 часов на табло любого индикатора) на выходе логического элемента A1-D6.3 или A2-D6.3 появляется потенциал логического 0, кото­рый через логический элемент D10.2 устанавливает триг­гер D13.1 в состояние логической 1. Сигнал логической 1 с выхода 13 триггера D13.1 поступает на вход анало­гового ключа, собранного на четырех двунаправленных переключателях — микросхема D14. Ключ открывается и подает напряжение на светодиод VI, сигнализируя тем самым об окончании времени партии. Одновременно сиг­нал логического 0 с выхода 12 триггера D13.1 поступает на входы 5 и 8 МС D10, блокируя тем самым прохож­дение счетных импульсов частотой 64 Гц на счетчики обоих каналов. Часы останавливаются и не могут быть запущены нажатием кнопок S3 и S4. Произвести раз­блокировку часов можно только выключением питания часов. Следует отметить, что при включенной световой индикации (горит светодиод VI) ток, потребляемый часами от батареи питания, возрастает на два порядка, поэтому для сохранения ресурса батарей не следует медлить с выключением часов после того, как время пар­тии истекло.

При необходимости остановки часов для перерыва в игре нажимается кнопка 57, и отсчет времени прекра­щается. После перерыва часы могут быть запущены любым из партнеров нажатием кнопки S3 или S4.

Максимальная ошибка отсчета времени (в секундах), вызванная переключением часов от одного партнера к другому, связана с частотой f переключаемого сигнала зависимостью

clip_image008

где f — частота в Гц.

clip_image010

Рис. 3. Печатный монтаж со стороны установки элементов

Например, можно было бы переключать сигнал час­тотой 1 Гц (с выхода 5 МС D9). При этом не нужен счетчик с коэффициентом пересчета 64 на МС D15. Од­нако максимальная ошибка переключения в этом случае равна 1 с. Именно поэтому в данной конструкции час­тота переключаемого сигнала выбрана равной 64 Гц, что потребовало введения дополнительного счетчика на МС D15. Максимальная ошибка, связанная с переключе­нием часов партнерами, в данном случае составляет 1/64 с на одно переключение. Практически эта ошиб­ка может быть как положительной, так и отрицательной, поэтому при большом числе переключений суммар­ная ошибка, связанная с переключением, близка к нулю. Кварцевый генератор часов собран на инверторе, входящем в состав МС D9. В качестве кварцевого резо­натора использован кварц на частоту 32 768 Гц. На выводы 6 счетчиков-дешифраторов D1…D8 (А1) и D1…D8 (А2) подается сигнал частотой 64 Гц, необходимый дляработы жидкокристаллических индикаторов, при этом на выводах 6 счетчиков-дешифраторов A1-D8 и A2-D8 сиг­нал 64 Гц инвертирован по отношению к сигналу на вы­водах 6 остальных счетчиков, что связано с особенностя­ми индикаторов. В индикаторе типа ЦИЖ-9 в разряде десятков часов могут индицироваться только цифры 1 или 2, цифра 0 не индицируется. В связи с этим при­шлось также изменить обычный порядок соединения вы­водов счетчиков-дешифраторов A1-D8 и A2-D8 с инди­катором. Конденсатор С5 служит для устранения помех в цепи питания.

Как показано на рис. 6, устройство представляет со­бой малогабаритную конструкцию, в которой совмещены игровое поле и шахматные часы. Сверху корпуса рас­полагается шахматное поле, кнопки управления, инди­каторы цифрового отсчета времени и светодиод (фла­жок), сигнализирующий об окончании времени партии. Под доской расположены ящик для фигур, отсек для батарей питания и печатная плата с элементами. Все элементы размещены на одной печатной плате, выпол­ненной на основе двустороннего фольгированного ди- –

электрика (рис. 3 и 4). Расположение элементов на пла­те показано на рис. 5.

Так как в шахматных часах использованы микромощ­ные микросхемы серии К176, то появляются дополни­тельные требования по ограничению токов утечки между выводами микросхем и проводниками печатной платы. В связи с этим после монтажа плату с элементами сле­дует тщательно промыть и высушить. Кроме микросхем серии К176 в схеме часов используются элементы следу­ющих типов: R9 — Cl-4-0,25, остальные резисторы — МЛТ-0,125; СЗ, С5 — КМ-6; Cl, C2 — КТ1-1; S8 — ПД9.2. Остальные переключатели типа МП12 или КМ1-1; VI — АЛ316А или АЛ310А; HI, — ЦИЖ-9; Z1 — кварцевый резонатор РВ-72.

clip_image012

Рис. 4. Печатный монтаж

clip_image014

Рис. 5. Расположение элементов на плате

clip_image016

Рис. 6. Внешний вид часов

: Наладка правильно собранных часов сводится к на­стройке частоты кварцевого генератора точно на частоту 38 768 Гц подбором емкости конденсаторов С1 и С2 от 16 до 40 пФ.

Габариты устройства 170X115x50 мм; масса 450 г; напряжение питания 6 В (внешний вид — на рис. 6).

Время работы от четырех последовательно соединен­ных элементов 316 при пяти-шестичасовом ежедневном пользовании один год.

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты