壹前言五子棋與黑白棋的棋換旅程一研究目的 : 下棋是一項老少咸宜的休閒活動, 有助於放鬆壓力, 也可以訓練腦部的思考但在現代忙碌的生活節奏下, 凡事都講求快速, 不管是將棋盤和棋子拿出來擺設, 或是結束後的收拾棋子, 都希望能夠省時省力甚至, 在下棋時可能會意外不小心弄翻棋盤, 導致整局

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盲勉程
5 years ago
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1 投稿類別 : 工程技術類篇名 : 五子棋與黑白棋的棋換旅程作者 : 黃宣喨國立西螺高級農工職業學校電子三忠顏敬侑國立西螺高級農工職業學校電子三忠指導老師 : 楊宗頻老師

2 壹前言五子棋與黑白棋的棋換旅程一研究目的 : 下棋是一項老少咸宜的休閒活動, 有助於放鬆壓力, 也可以訓練腦部的思考但在現代忙碌的生活節奏下, 凡事都講求快速, 不管是將棋盤和棋子拿出來擺設, 或是結束後的收拾棋子, 都希望能夠省時省力甚至, 在下棋時可能會意外不小心弄翻棋盤, 導致整局必須重新來過因此, 我們運用三年所學的專業知識, 製作一個不用擺放與收拾, 方便又好玩的智慧棋盤除了人人耳熟能詳的五子棋外, 再加入只能使用手機或電腦玩的黑白棋, 透過開關可選擇五子棋或黑白棋進行對弈, 藉由不同棋種訓練不同方向的思考, 不僅不用收拾, 也不會因為碰撞意外而有所遺憾更重要的是, 能促進人與人之間的交流, 下課時只需要接上電源就能對弈, 使大家的視線不再侷限於手機, 也能多動腦預防老人癡呆二設計概念 : 點矩陣的外觀和棋盤相似, 因此我們透過點矩陣來模擬棋盤 : 點矩陣上的圓點當作棋子,4 組 8x8 的點矩陣組成 16x16 的點矩陣當作棋盤 ; 棋子移動則是一方使用 5 個微動開關, 分成上下左右及確認鍵五子棋與黑白棋皆以遊戲規則為方向來撰寫程式, 但在五子棋的模式時, 我們加入限時思考的計時規則 : 目前棋位利用橘色閃爍燈來告知玩家, 當閃爍速度漸漸變快時, 表示目前玩家可下棋的時間即將結束, 用此方式可增加遊戲時的刺激感與樂趣, 更能訓練思考速度接著, 我們利用米字型顯示器來顯示箭頭以及語音板播放語音, 提醒玩家下棋的順序, 以免忘記輪到誰下棋當一方獲得勝利而遊戲結束時, 蜂鳴器會播放音樂並在棋盤上顯示贏家棋色的 WIN 字幕來做為勝利時的特效, 增加遊戲時的樂趣三研究過程 : 規劃好功能的構想及設計概念後, 我們便開始進行研究及討論將研究過程繪成流程圖, 如圖一所示 1

動機討論題目構想蒐集資料電路設計規則探討程式撰寫作品完成圖一 : 研究過程流程圖 ( 圖一資料來源 : 研究者繪製 ) 貳正文一硬體介紹 : ( 一 ) 語音板模組 : 語音板模組是由 SD178A 及 HT82V733 組合在一起 SD178A 是將中文文字與英文字母轉成語音輸出的 IC 與整合 AB 類單聲道的揚聲器 HT82V733, 透過這兩個 IC

3 動機討論題目構想蒐集資料電路設計規則探討程式撰寫作品完成圖一 : 研究過程流程圖 ( 圖一資料來源 : 研究者繪製 ) 貳正文一硬體介紹 : ( 一 ) 語音板模組 : 語音板模組是由 SD178A 及 HT82V733 組合在一起 SD178A 是將中文文字與英文字母轉成語音輸出的 IC 與整合 AB 類單聲道的揚聲器 HT82V733, 透過這兩個 IC 來實現播放語音提示的功能如圖二所示圖二 : 語音板模組 ( 圖二資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 二 )8x8 雙色點矩陣 : 利用四組 8x8 的紅綠雙色點矩陣來製作 16x16 的棋盤, 每個點包含紅色 LED 及綠色 LED, 若同一個點的兩顆 LED 同時亮了, 則會經由三原色光的原理調配出橘光的效果我們的設計是以紅綠分別代表兩位玩家, 橘燈代表目前的棋子所在位置並以閃爍顯示如圖三所示 2

圖四 : 電晶體 ( 圖四資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 四 ) 微動開關 : 微動開關有三隻腳, 分別是共同端 (COM)

4 圖三 :16x16 點矩陣棋盤 ( 圖三資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 三 ) 電晶體 : 由於使用的點矩陣為雙色會有電流不足而無法正確顯示的情況因此利用電晶體製作放大電路來提升電流以彌補電流不足的部分如圖四所示圖四 : 電晶體 ( 圖四資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 四 ) 微動開關 : 微動開關有三隻腳, 分別是共同端 (COM) 常開腳 (N.O) 及常閉腳 (N.C) 玩家的一方可使用五個開關, 分別代表上下左右及確認鍵, 並經由位置的擺放, 來告知玩家其按鍵的功能如圖五所示 3

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.

5 圖五 : 確認鍵及方向鍵 ( 圖五資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 五 ) 米字型顯示器 : 利用米字型顯示器來顯示箭頭, 透過箭頭方向來告知輪到哪位玩家, 顯示箭頭由 M L K 組成向上 ;H I J 組成向下如圖六所示圖六 : 米字型顯示器 ( 圖六資料來源 :Maximintegrated 公司網站 2018 年 3 月 4 日, 取自二程式說明 : 程式主要分為五子棋程式黑白棋程式語音板程式及蜂鳴器音樂程式四大部分在整個作品上, 五子棋與黑白棋為整體核心, 語音板及蜂鳴器則是特效, 因此本論文中主要說明五子棋與黑白棋的程式部分由於紅綠雙方的撰寫方式雷同, 因此範例皆以紅方為主做說明 4

6 ( 一 ) 五子棋程式說明 : 五子棋與黑白棋的棋換旅程我們將 16x16 點矩陣棋盤中的每一格編號表示, 如圖七所示, 透過這種方式, 使得在運用方向鍵來控制棋子移動時程式讀取位置資料較為方便圖七 : 五子棋棋盤代號 ( 圖七資料來源 : 研究者繪製 ) 接著若需要讓哪一點亮及亮哪一種顏色, 只需要將該點位置所對應到的代號丟入對應的該色棋盤暫存器內, 點矩陣就會依照對應位置顯示 ; 在進行上下左右移動時, 只需要對該點起始位置作加減運算即可部分程式如圖八所示圖八 : 紅方五子棋下棋 ( 圖八資料來源 : 研究者撰寫 ) 若在程式時間計數器前按下確認鍵, 經過判斷將會把該點存入該色棋盤暫存器, 並清除閃爍模式部分程式如圖九所示 5

圖九 : 紅方五子棋確認鍵 ( 圖九資料來源 : 研究者撰寫 ) 若計數的時間到玩家仍未下棋, 則判斷所在位置是否已下過, 若尚未下過, 則以停的位置為確認位置 ; 若已下過, 則會啟動亂數函數產生亂數, 並經由判斷後若為有效位置, 即以此亂數值為確認位置部分程式如圖十所示圖十 : 紅方超出時間時處理方式 ( 圖十資料來源 : 研究者撰寫 ) 最後偵測勝利的電路透過偵測該色方的

7 圖九 : 紅方五子棋確認鍵 ( 圖九資料來源 : 研究者撰寫 ) 若計數的時間到玩家仍未下棋, 則判斷所在位置是否已下過, 若尚未下過, 則以停的位置為確認位置 ; 若已下過, 則會啟動亂數函數產生亂數, 並經由判斷後若為有效位置, 即以此亂數值為確認位置部分程式如圖十所示圖十 : 紅方超出時間時處理方式 ( 圖十資料來源 : 研究者撰寫 ) 最後偵測勝利的電路透過偵測該色方的 WIN 棋標, 來判斷是否已經以五顆棋子連線獲得勝利部分程式如圖十一所示圖十一 : 偵測紅方是否勝利 ( 圖十一資料來源 : 研究者撰寫 ) ( 二 ) 黑白棋程式說明 : 黑白棋的遊戲規則為棋盤大小 8x8, 但所使用的為 16x16, 為了方便辨識可下棋範圍, 我們以中心的 64 格為棋盤並向外擴散使用三色來圍繞棋盤同樣地, 在設計上也是將位置轉換成代號如圖十二所示 6

8 圖十二 : 黑白棋 16x16 棋盤代號 ( 圖十二資料來源 : 研究者繪製 ) 在開始移動前, 先針對每個棋位進行偵測此局是否可以利用己方棋子夾住對方棋子, 倘若可以則可以下棋, 倘若不行則會換成對方的偵測流程部分程式如圖十三所示圖十三 : 紅方開局偵測 ( 圖十三資料來源 : 研究者撰寫 ) 黑白棋移動方式也是對起點進行加減運算即可達到移動的效果, 按下確認後, 則會判斷該棋位是否為有效棋位部分程式如圖十四所示 7

9 圖十四 : 紅方黑白棋下棋及確認 ( 圖十四資料來源 : 研究者撰寫 ) 當按下確認鍵後, 則進行偵測棋位是否為有效棋位, 倘若可以翻棋, 則進入翻棋流程, 倘若無法翻棋, 則返回下棋流程部分程式如圖十五所示圖十五 : 紅方判斷是否為有效棋位 ( 圖十五資料來源 : 研究者撰寫 ) 進入翻棋時, 會先啟動翻棋電路來尋找可以被翻得棋位並記錄棋位, 透過偵測翻棋成功旗標可得知已經尋找完畢, 尋找完畢後就可以進行棋子替換及累計棋數部分程式如圖十六所示圖十六 : 紅方翻棋 ( 圖十六資料來源 : 研究者撰寫 ) 8

10 參結論五子棋與黑白棋的棋換旅程一問題與討論 : 在設計這個專題的過程中, 遭遇許多困難, 經過指導老師的幫助與不斷的査錯討論之後, 完成這個作品以下是我們在製作過程裡遇到的問題及解決方法問題一 : 點矩陣顯示綠色亮度與紅色亮度相差甚大解決方法 : 由於紅色 LED 與綠色 LED 導通電壓相差甚大, 在設計電阻上, 我們將兩組電阻設計成相同的組值, 因此導致亮度相差甚大, 經由將綠色的電阻從 100Ω 更改至 22Ω, 在亮度上就有明顯的變化, 紅綠 LED 的亮度視覺上看起來亮度就差不多了問題二 : 在五子棋的模式裡, 有時候由亂數所產生的棋位會在紅綠棋盤暫存器上重複存入, 因此在顯示上出現橘色的棋子解決方法 : 針對產生亂數的電路進行修改, 並對棋子存放棋盤暫存器的流程加以做判斷, 如此以來就不會出現橘色棋子問題三 : 在黑白棋的模式裡, 有時候會因為需被翻的棋子較多而沒翻成解決方法 : 把翻棋電路設定只有在翻棋完成旗標尚未完成下才動作, 一旦完成, 將停止動作, 因此在替換下才不會把已尋找好的棋位給清除掉導致沒有翻的情況二未來展望 : 我們將作品放置在教室, 一到下課時間, 同學們就紛紛地進行對奕, 有些人對五子棋或黑白棋相當的有研究, 當高手互相對弈時, 腦力激盪讓氣氛高昂, 而有些人即使對規則一無所知也玩得非常開心透過同學們彼此間的對弈, 我們忽然靈光一閃, 若能加入 AI 人工智慧, 透過 AI, 我們可以讓精通五子棋或黑白棋的玩家與 AI 進行對弈, 來比較是人腦厲害還是電腦厲害 ; 對於一些不熟悉五子棋或黑白棋的人, 在與 AI 下棋的過程中, 可以學習 AI 下棋的技巧, 也可以透過與 AI 對弈來熟悉規則 AI 的加入不僅可以讓玩家磨練出更強的實力, 在這個老年化社會趨勢下, 也可以讓這些老人們有一個會說話的棋友陪他們下棋, 這種方式使得生活變得有趣 9

CPLD 全方位導引新文京開發股份有限公司二網路資源 : 黑白棋規則探討 2018 年 02 月 18 日, 取自 https://zh.wikipedia.

11 三成品照片 : 五子棋與黑白棋的棋換旅程一開始做測試的程式周邊電路, 由於裸露探針及杜邦線須從元件面接至 FPGA 板, 整體部分讓我們覺得有點雜亂, 後來我們又多花一點時間把探針藏至點矩陣下方, 透過這種分式, 杜邦線也可以從下面接至 FPGA 板, 讓外觀更美化及整齊如圖十七十八所示圖十七 : 成品俯視圖圖十八 : 成品側拍圖 ( 圖十七資料來源 : 研究者拍攝 ) ( 圖十八資料來源 : 研究者拍攝 ) 肆引註資料一書籍 : 張義和黃國倫 (2010) FPGA 設計實務新文京開發股份有限公司黃國倫工作室 (2014) CPLD 全方位導引新文京開發股份有限公司二網路資源 : 黑白棋規則探討 2018 年 02 月 18 日, 取自 SD178A 資料手冊 2018 年 02 月 19 日, 取自 goo.gl/bmy6qz HT82V733 資料手冊 2018 年 02 月 19 日, 取自 10

0 0 = 1 0 = 0 1 = = 1 1 = 0 0 = 1

0 0 = 1 0 = 0 1 = = 1 1 = 0 0 = 1 0 0 = 1 0 = 0 1 = 0 1 1 = 1 1 = 0 0 = 1 : = {0, 1} : 3 (,, ) = + (,, ) = + + (, ) = + (,,, ) = ( + )( + ) + ( + )( + ) + = + = = + + = + = ( + ) + = + ( + ) () = () ( + ) = + + = ( + )( + ) + = = + 0