Изготовление электронной шахматной доски.

Поскольку изображение стоит тысячи слов, вот пример LDM-24488NI : матрица с 64 светодиодами

Для вашего приложения вам понадобится одна такая матрица для светодиодов и еще одна для датчиков, требующих в общей сложности 32 контактов ввода-вывода. Поскольку у вашего RPi не так много, вам придется использовать демультиплексор от 1 до 8 для выбора отдельных строк и столбцов:

Для светодиодов вы можете использовать демультиплексоры как для строк, так и для столбцов, поскольку вам нужен только один светодиод за раз. Для датчиков я бы рекомендовал использовать демультиплексор для строк и отдельные строки для столбцов, чтобы иметь возможность обнаруживать несколько активных датчиков в одной строке. Это доведет необходимое количество контактов до 17 контактов, с которыми может справиться RPi.

Да, мультиплексирование, как вы описываете, является распространенным способом адресации массивов вещей.

Самая сложная часть будет связана с аналоговой природой датчиков света. CdS LDR (светозависимые резисторы), вероятно, являются лучшими в этом случае, потому что они чувствительны, дешевы и дают большой, легко измеримый отклик в диапазоне человеческого веса. Электрически они представляют собой резисторы, сопротивление которых уменьшается при более ярком свете.

Это упростит мультиплексирование, если вы используете микро с 8 аналоговыми входами. Это означает, что половина вашего мультиплексора встроена в микро. Вы включаете строку LDR и, например, считываете сигналы 8 столбцов непосредственно с микро.

Последовательное сканирование 64 аналоговых входов может быть легко выполнено мгновенно с помощью обычных микроконтроллеров. Допустим, вы можете снимать новые показания каждые 100 мкс. Это «долго», даже для маленьких и дешевых микропроцессоров. Это означает, что вся плата будет сканироваться каждые 6,4 мс, что намного быстрее, чем вы можете заметить задержку.

Мультиплексировать светодиоды еще проще, поскольку все это делается с помощью цифровых выходов. Многие микроконтроллеры имеют более 16 цифровых выходов, так что это не проблема. Есть и другие вещи, которые должны произойти, и вы будете использовать контакты быстрее, чем вы можете ожидать сейчас, но 64-контактный микроконтроллер действительно должен быть достаточно хорошим, если не 44-контактный.

Я бы, вероятно, выделил один микроконтроллер только для обработки ввода-вывода платы. Это оптимизировано для наличия достаточного количества контактов ввода/вывода, аналогово-цифровых входов и т.п. Затем он взаимодействует с основным вычислительным механизмом через UART. Протокол будет иметь вид «зажечь квадрат 3,2» или «из квадрата 5,4 убрана фишка». Это также позволяет в будущем использовать совершенно другой аппаратный интерфейс, если вы сохраняете тот же протокол.

Для светодиодов очевидный способ сделать это - иметь выход для каждой строки и каждого столбца шахматной доски: всего 8 + 8 = 16 контактов. Аноды будут соединены с проводами рядов, а катоды — с проводами столбцов. Для светодиода, который вы хотите зажечь, вы должны сделать его анодный провод положительным (логическая 1), а его катодный провод отрицательным (логический 0), в то время как остальные остаются в обратном состоянии (поэтому оставшиеся светодиоды имеют нейтральное или обратное смещение).

Здесь я делаю предположение, что микроконтроллер выдает достаточно высокое/низкое напряжение, чтобы вы могли соединить светодиод от одного к другому. Если это не так, вам понадобится транзистор или буфер для каждой линии. С питанием 5 В это жестко, учитывая, что светодиод падает примерно на 2 В, и вам нужно разумное падение напряжения на токоограничивающем резисторе (обратите внимание, что вам нужно установить их только в строках строк или линиях столбцов, а не в обоих).

Если ваши выходы имеют три состояния (то есть, в дополнение к логическому 0 и логической 1, они могут быть установлены в состояние с высоким импедансом, возможно, временно настроив их как входы), тогда вы можете проявить смекалку и использовать сетку 4x8 со светодиодами. соединены антипараллельными парами. В этой настройке важно установить для неиспользуемых выходов высокое сопротивление, иначе загорятся ненужные светодиоды.

В любом случае вам придется подумать о потребляемом токе и о том, допустимо ли рисковать тем, что программная ошибка зажжет все светодиоды в строке одновременно (что, если не учитывать, может привести к перегрузке по току в этой строке строки микроконтроллера). .)

С датчиками сложнее. Я предполагаю, что вы используете резистивные датчики, хотя фототранзисторы не обязательно проводят ток только в одном направлении.

Вы можете использовать те же 8-строчные выходы, которые вы используете для освещения ваших светодиодов, но вам понадобятся 8-столбцовые входы, предназначенные для считывания. Вы, без сомнения, видели схемы для таких клавиатур . Имейте в виду, что они предназначены только для нажатия одной клавиши за раз . Если пользователь одновременно нажимает 1,3,7 и 9, клавиатура не может определить, отпускает ли пользователь какую-либо из этих четырех клавиш, потому что все еще существует текущий путь через три других переключателя.

Решение, используемое на музыкальных клавишных (которые спроектированы так, чтобы иметь более одного проводящего элемента матрицы одновременно), состоит в том, чтобы иметь диод последовательно с каждым переключателем.

Другим решением было бы купить четыре микросхемы декодера 4-к-16 с выходами с открытым коллектором (или с открытым стоком, если используются микросхемы MOSFET), например: http://www.unicornelectronics.com/ftp/Data%20Sheets/74159.pdf . Открытый коллектор означает, что выходы микросхемы будут потреблять только ток, а не отдавать его. Таким образом, вы можете подключить 16 датчиков к 16 выходам микросхемы, а остальные концы соединить вместе с подтягивающим резистором (туда же можно подключить и ваш АЦП). Вы устанавливаете один выход в низкий уровень (проводящий), а остальные 15 остаются высокими (непроводящими). ​​Это отличается от стандартного логического выхода, где остальные 15 выходов будут пропускать ток в общую точку.

Вход для этих ИС представляет собой 4-битный двоичный код для выбора одного из 16 выходов, но у них также есть дополнительный вход для включения/выключения микросхемы. Таким образом, вы потенциально можете иметь массив из 64 приемников с открытым коллектором, подключенных к 64 датчикам, с другими концами датчиков, объединенными с одним подтягивающим резистором и аналого-цифровым преобразователем. Для этого вам потребуется в общей сложности 8 выходов на вашем микроконтроллере: четыре для приема сигналов выбора от 4 до 16 (общие для всех четырех микросхем) и четыре для приема сигналов включения (по одному для каждой микросхемы).

РЕДАКТИРОВАТЬ: от 3 до 8 декодеров (также называемых 1 из 8 = 1 линия из 8) кажутся более доступными, чем от 4 до 16, но 8 IC намного более беспорядочны, чем 4. Другой тип IC, который может быть полезен, - это восьмеричный счетчик (и его более распространенный двоюродный брат десятичный счетчик , который можно настроить как восьмеричный счетчик, подключив его девятый выход к линии сброса). Для перехода от одного выхода к другому требуется последовательный импульс, поэтому потребуется меньше Контакты ввода-вывода на микроконтроллере, а не на микросхеме декодера. Обычно они имеют дополнительные входы для сброса и включения. Существуют также ИС, называемые сдвиговыми регистрами , которые доступны в двух типах: один для преобразования последовательного в параллельный, другой для преобразования параллельного в последовательный. Наконец, естьбуферы , которые вы можете поместить между Rasberry Pi и шахматной доской, чтобы Pi не разрушился в случае перегрузки по току. Все это может быть полезно в схемах мультиплексирования.

Мультиплексирование действительно является распространенной практикой.

Есть несколько способов получить больше от пинов Raspberry Pi.

Один из них — использовать чип, чтобы сделать за вас часть тяжелой работы. Например, если у вас есть 8 входов и 8 выходов для считывания состояния платы, вы можете использовать счетчик, чтобы повышать 8 входов по одному за раз. Для этого вам понадобятся 2 вывода на Arduino — один для возврата к первому выводу и один для «перехода к следующему ряду». Вы только что сохранили 6 контактов!

Сохранения 6 контактов может быть недостаточно — давайте посмотрим, куда мы можем двигаться дальше: если вы перестроите свою сетку 8x8 в сетку 16x4, вы можете использовать что-то вроде http://www.instructables.com/id/16-Stage . -Decade-Counter-Chain-Using-two-4017-Chi/?ALLSTEPS (не обращайте внимания на верхнюю половину, две линии, идущие сверху вниз, — это ваш «сброс», идущие сверху слева, и « перейти к следующей строке", которая называется CLK, здесь часы). Теперь вы можете сосчитать 8 на левой половине доски, а затем 8 на правой половине доски; соедините столбцы A и E, B и F, C и G, D и H вместе.

Поздравляем, теперь у вас есть два выходных контакта (сброс и часы) и 4 входных контакта, всего 6 — это экономит 10 контактов! Обратите внимание, что у Raspberry Pi нет аналого-цифровых преобразователей, поэтому для этого вам потребуется дополнительная работа.

Теперь о светодиодах. У вас уже есть управляемый источник питания (двухдекадные счетчики) — давайте использовать их повторно. Поместите 64 светодиода с 16 контактов питания через резистор (у каждого светодиода ДОЛЖЕН быть свой собственный резистор!), на 4 другие шины (такая же схема, как указано выше: AE, BF, CG и DH). Соедините эти 4 шины через 4 транзистора с 4 контактами и поставьте все контакты на «высокий уровень» — так как обе стороны светодиода теперь на 5 вольт, светодиоды будут выключены. Затем, когда вы хотите зажечь светодиод, убедитесь, что ваши две декады находятся в правильном положении (как если бы вы считывали датчик на этом квадрате), установите одну из 4 направляющих на низкий уровень. Теперь ток должен течь от «высокого» счетчика декады к «низкому» на этой конкретной шине. Эй престо, свет загорается! Дайте небольшую задержку, затем выключите его, прежде чем снова изменить счетчик декады.

Если вам нужно больше контроля, вы можете использовать что-то вроде чипа TLC5940 — http://playground.arduino.cc/Learning/TLC5940 — каждый чип может установить 16 светодиодов (так что вам нужно 4 из них) на уровень яркости. от 0 (выкл.) до 1024 (полностью вкл.), поэтому вы можете плавно включать и выключать отдельные светодиоды с большим контролем. По памяти для этого требуется около 4 контактов, и они могут быть соединены последовательно, поэтому 4 цифровых контакта (один из которых должен быть PWM - они имеют символ «~» рядом с контактом) будут управлять любым количеством светодиодов.

Удачи!

Я не думаю, что вам понадобится светодиод в правом верхнем углу. Датчика посередине, как вы упомянули, было бы достаточно. Сложной частью будет код для шахматной доски. Представьте, что у вас есть шахматная доска. Строка будет обозначена как «алфавит», а столбец — как «число».

Итак, сначала вам нужна программа для программирования типа фигуры в начальной позиции. Позже, когда вы переместите свои части, код сгенерирует начальное местоположение части до конечного местоположения. Это уменьшит ваш вклад вдвое.