⛺️ 🧑🏽‍🤝‍🧑🏼 👨‍✈️ وضع لعبة "الأفعى" على اللوح. الجزء 1: آلات الدولة 🍑 👨🏼‍💼 🍀

في أوقات الفراغ ، ندرس أنا وابني الإلكترونيات الرقمية. في الآونة الأخيرة ، وصلنا إلى الفصل الخاص بأجهزة الحالة المحدودة. هذا الموضوع مليء بالمهام النموذجية ، مثل الإشارة أو آلة البيع. لكنها كلها مملة وبسيطة للغاية ، وبعضها بشكل عام وبصراحة بعيد المنال. بعد دراسة أمثلة بسيطة ، أردت أن أفعل شيئًا أكثر تشويقًا وتعقيدًا. لفتت انتباهي اللعبة الكلاسيكية "snake" (لعبها ابني على الهاتف) ، واقترحت صنعها على أجهزة الدولة. بعد كل شيء ، حالة اللعبة نهائية تمامًا (خاصة إذا كنت تقصر نفسك على مجال صغير) ، ومن المدخلات هناك 4 أزرار فقط. وهذا ما حصلنا عليه.

لعبة الثعبان (هي ثعبان ، ثعبان ، مضيق أفعى ، إلخ) معروفة على نطاق واسع للجميع. إنها تأتي من السبعينيات البعيدة ، لكني لن أكرر قصتها ، التي يمكنك قراءتها على ويكيبيديا أو العديد من المقالات حول حبري. تحتوي اللعبة على قواعد بسيطة إلى حد ما وفي نفس الوقت لعبة إدمانية)) وبفضل هذا ، غالبًا ما يتم استخدامها في البرامج التعليمية أو عينات التعليمات البرمجية . في لغات البرمجة عالية المستوى ، يكون صنع مثل هذه اللعبة أمرًا سهلاً بما فيه الكفاية. ولكن في ظروف محدودة أكثر ، يبدأ الأكثر إثارة للاهتمام ، على سبيل المثال ، تنفيذ على LabVIEW . هناك أيضًا العديد من الخيارات في FPGA: رابط 1 ، رابط 2 ، رابط 3، ارتباط 4 . ولكن لم يكن هناك خيار واحد على رقائق TTL منفصلة من السلسلة القياسية. هذا ما سنفعله.

يبدو أن حلول FPGA هي الأقرب بالنسبة لنا ، ويمكنك اقتراض الكثير من هناك؟ ولكن في جميع الخيارات التي نظرت إليها ، تتناثر بسهولة بواسطة السجلات اليسرى واليمنى. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم تخصيص بت أو رقم منفصل لكل خلية حقل. لا يمكننا القيام بذلك بمسحوق سائب ، لأن كل سجل جديد عبارة عن دائرة صغيرة منفصلة يجب وضعها في مكان ما ، ثم توصيلها. لذلك ، نشطب كل الخبرة التي تراكمت لدى المطورين الآخرين وسنفعل كل شيء من الصفر. كمكافأة ، سنقوم بجمع كل شيء على رقائق محلية (وأفضل - سوفيتية) من سلسلة k555 / kr1533 ، باستثناء ROM ، والتي يجب أخذها جديدة.

صياغة المشكلة

سيكون لدينا مثل هذه القيود: حقل بحجم 8 × 8 خلايا ( مصفوفة LED صينية ) ، وطول ذيل 8 خلايا. يمكن أن يمر الثعبان عبر الجدران ، لكننا لن نعالج التقاطع مع الذيل في البداية (حتى لا نعقد التصميم ، يمكنك إضافته لاحقًا). لوصف حالة اللعبة كاملة نحتاج:

موضع الرأس (X = 0..7 ، Y = 0..7 ، 6 بت)
اتجاه الحركة (↑ ↓ ← → ، 2 بت)
موقع Apple (X ، Y ، 6 بت)
طول الذيل (0..7 ، 3 بت)
موضع خلايا الذيل (من 0 إلى 7 قطع من 6 بت لكل منها)

في المجموع ، يتم الحصول على 65 بت ، حتى لو أخذنا 8 بتات لكل منها ، هناك حاجة فقط إلى 8 دوائر صغيرة (ومحفز واحد آخر) لتخزين الحالة ، وهذا كثير جدًا.

ولكن لا يمكن تحديد موقع الذيل أينما يريد ، "ينمو" من الرأس. لذلك ، لا يمكننا تخزين الإحداثيات الكاملة لكل قسم من الذيل ، ولكن فقط الاتجاه الذي يجب رسم الاتجاه من الخلية السابقة (أو الرأس). بعد ذلك ، بدلاً من 6 × 8 = 48 بت ، نحتاج إلى 4 × 8 = 16 بت ، وهذا توفير يصل إلى أربع حالات تسجيل!

آلات أوتوماتيكية

دعونا نحاول أن نفعل كل شيء على آلات مشابهة لمور أو مايلز. لتنفيذ مثل هذا الأوتوماتيكي ، يكفي أن يكون لديك القليل من ذاكرة الحالة (التسجيل) والمنطق التوافقي للتبديل بينهما.

صورة ويكيبيديا

عادة يوصف جهاز الحالة بأنه رسم بياني للحالات والتحولات بينهما. في بعض الأحيان يكون من الأسهل إنشاء جدول انتقالات إلى حالة جديدة ، أبسط مثال (من ويكيبيديا):

يمكنك العثور على مزيد من المعلومات والصور الجميلة ، على سبيل المثال ، في هذه المقالة عن حبري

انضغاط صغير

, , . , ROM , ROM. ( , ).

, , .

, « » .

ثعبان من حالات مختلفة (إذا كنت لا تأخذ في الاعتبار موقف التفاح) يمكن أن يكون 2 ^ 8 + 2 ^ 10 + ... + 2 ^ 24 ≈ 32 مليون. لا يمكن كتابتها في الجدول ، بل وأكثر من ذلك لرسم رسم بياني انتقالي. لكن معظم التحولات هي نفسها تمامًا (يتحرك الرأس فقط خلية مجاورة واحدة ، والذيل يتحرك قسمًا واحدًا لكل دور). في هذه الحالة ، لا يمكننا وصف كل حالة فردية ، ولكن صياغة حالة جديدة كدالة للحالة السابقة. علاوة على ذلك ، يمكننا تقسيم اللعبة بأكملها إلى عدة آلات أوتوماتيكية متوازية: 1) آلة تلقائية للاتجاه ، 2) آلة تلقائية لموضع الرأس ، 3) آلة تلقائية للذيل. وتعيين كل منهم كما سيكون أكثر ملاءمة:

1) ,  │  
  ────────────────────┼───────────────────
   ←        ←/↓/↑     │ ←
   ←          →       │ →
   ↑        ↑/←/→     │ ↑
   ↑          ↓       │ ↓
   ......          │

2) ,  │  
  ─────────────────────┼──────────────
   ←             (x,y) │ (x-1, y)
   →             (x,y) │ (x+1, y)
   ↑             (x,y) │ (x, y-1)
   ↓             (x,y) │ (x, y+1)

3) ,                       │  
  ─────────────────────────────────────────┼──────────────────────────
   ←            (t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8)  │ (←,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7)
   ......                               │

اتجاه

لنبدأ بالآلة الاتجاهية. إذا كنت تفكر بعناية ، يمكنك تجميعه على منطق منفصل. ولكن ، نظرًا لأن المهمة ككل كبيرة بالفعل ، فقد قررت أنه سيكون من الأسهل إنشاء جدول بحث من EEPROM ، وكتابة جدول الانتقال يدويًا. سيكون لديه 6 مدخلات ، مما يعني 64 قيمة فقط ، والتي يمكننا ببساطة دفعها إلى محرر السداسي.

رئيس

بالنسبة لآلة وضع الرأس ، ستكون كتابة مثل هذه الطاولة أكثر صعوبة. ولكنها تحتوي بشكل أساسي على عمليتين فقط: +1 و -1. يمكن تنفيذها على جامع 4-بت K155IM6. بالنسبة إلى +1 ، سنضيف إحداثياتنا مع b'0001 ، ول -1 مع b'1111 (وهو في الواقع -1 في الرمز الإضافي ). سنحتاج إلى جهازي إضافة (لـ x و y) ، قليل من المنطق ، وسنقوم بتخزين الحالة في سجل 8 بت IR27 (ما زلنا بحاجة إلى الكثير منهم):

دعونا نجمعها على السبورة ، وللتحقق من ذلك ، سنقوم على الفور بتوصيل مصفوفة LED بجهازين لفك التشفير. وحدة فك الترميز ذات المخرجات العكسية هي ID7 ، وبالنسبة للمخرج المباشر سيكون من الممكن أخذ K561ID1 (CD4028) ، لكن لم يكن لدي ذلك في متناول اليد. خيار آخر هو أخذ 8 ترانزستورات كمفاتيح ، لكنني لم أرغب في القيام بذلك ، لذلك اضطررت لقضاء EEPROM آخر بغباء (كتابة 8 خلايا فقط هناك). منطق موضع الرأس الجديد على لوح منفصل في الأعلى انحراف آخر

لنأخذ استراحة قصيرة وننقذ اللوح (وبعض حالات الرقائق). سوف نستفيد مرة أخرى من حقيقة أنه يمكن استبدال أي دائرة مختلطة بـ LUT بكتابة الجدول إلى ROM. ولكن كيف نفعل ذلك لمثل هذه الطاولة الكبيرة؟ سنستخدم حيلة أخرى - سنقوم بالعكس: استبدل EEPROM بدائرتنا المنطقية ووضعها في المبرمج. _{يتم توصيل الأرجل غير المستخدمة بالأرض من خلال المقاومات.}_{(لا يمكن القيام بذلك إذا كنت تتعمق في إعدادات المبرمج)} الآن سنقرأ الرسم البياني المنطقي الخاص بنا على أنه ROM ونحصل على جدول. نكتبها مع المبرمج نفسه في EEPROM الحقيقي ، الذي نضعه بدلاً من دائرة من العناصر المنفصلة.

ذيل

الذيل له طول (في حدودنا) من 2 إلى 8 خلايا. لتخزين هذا الطول ، يمكنك استخدام عداد تقليدي مع إدخال دقة الحساب. في الواقع ، ستكون نفس آلة الحالة المحدودة ، حيث ستكون الحالة الجديدة S 'مساوية لـ S + 1 أو S فقط (إذا كان الحساب محظورًا). الذيل نفسه (أو بالأحرى ، الاتجاه الذي ينمو فيه) سنقوم بتخزينه في تسجيلين من 8 بتات. نظريا ، يمكن للمرء أن يأخذ سجلات التحول الجاهزة (على سبيل المثال ، IR8) ، لكنها لم تكن في متناول اليد ، لذلك تم استخدام نفس IR27. في كل خطوة ، يتم كتابة اتجاه حركة الرأس الحالي في الجزء الأول من السجل ، وقيمة الاتجاه السابق في الثاني والتالي. للحصول على اتجاه نمو الذيل منه ، نحتاج فقط إلى عكس جزء واحد. يمكنك القيام بذلك على الفور عند التسجيل ، لكنني قررت أنه من الأفضل ترك المعكوس للدائرة المتبقية.

مخطط

في المجموع ، تأخذ آلة الخطوة التالية لدينا هذا الشكل: هذه الصورة (مثل أي شخص آخر) قابلة للنقر. هذا جزء "نقي" إلى حد ما (من وجهة نظر نظرية) من المخطط. مثال مثالي تقريبا لآلة مور مشفرة الإخراج . U1 مسؤول عن الاتجاه الجديد ، U2 عن موضع الرأس ، والذي يتم تخزينه في U5. يتم استخدام U3 و U4 للذيل ، ويتم تخزين طوله (وزيادة) في U6. بعد ذلك ، سنحتاج إلى عرض كل ما لدينا على الشاشة ، وستكون هناك أيضًا مركبة فضائية ، فقط في شكل أكثر قذارة. بالإضافة إلى مولد الأرقام العشوائية البدائية ، الانتقال بين الدوائر التي لها إشارة ساعة مختلفة واختراق آخر.

المجموع الفرعي

آمل أن يكون هذا المقال قد أثار اهتمامك وسأحاول إنهاء الجزء الثاني بسرعة.

وإذا كنت بالفعل تمزق في المعركة ، ومخزنة بألواح الخبز ، والرقائق الدقيقة ، وشاشات النقاط ، فسيتم إرفاق ملف مع دائرة ROM والبرامج الثابتة بهذه المقالة. جناح صغير: لتكرار التصميم ، ستحتاج إلى حوالي 6 نماذج أولية و 4 EEPROM 28C16 وأكثر من عشرين شريحة أخرى.

حسنًا ، كما يجب أن يكون: مثل ، مشاركة ، إعادة تغريد ، تسجيل ، اضغط على الجرس ، إلخ ...)) واليوم كل شيء ، شكرًا على انتباهك! يتبع…

أرشفة مع البرامج الثابتة ROM ونظام

UPD العام : الجزء الثاني متاح هنا .

وضع لعبة "الأفعى" على اللوح. الجزء 1: آلات الدولة