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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Fisher-Uhr basierend auf einem Computer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter Unter den Funkamateuren gibt es viele Schachspieler. Viele von ihnen bauen Schachuhren selbst zusammen. Allerdings können selbstgebaute Geräte nicht in mehr oder weniger ernsthaften Wettbewerben eingesetzt werden, hauptsächlich aufgrund der Nichteinhaltung der FIDE-Anforderungen. Diese Situation erklärt sich nicht so sehr durch die Komplexität der Implementierung der notwendigen Zeiterfassungsalgorithmen mithilfe von Geräten auf Logikchips mit niedriger und mittlerer Integration, sondern durch das mangelnde Bewusstsein der Entwickler über die Arten von Schachuhren und die Anforderungen an sie. Um diese Lücke zu schließen, sprechen wir zu Beginn dieses Artikels über die Geschichte der Schachuhren, ihre Klassifizierung und Betriebsarten. Angesichts der Tatsache, dass heutzutage jedes Büro und viele zu Hause über Computer verfügen, bietet der Autor den Lesern ein von ihm entwickeltes Programm an, das alle von einer elektronischen Schachuhr (ECC) benötigten Funktionen mit einer visuellen Darstellung der Situation auf dem Bildschirm umsetzt, und spricht darüber das Design der hierfür benötigten einfachen Konsole an den Computer. Ein wesentlicher Bestandteil von Schachturnieren und -spielen ist eine Uhr. Die ältesten basierten auf Sand, sie wurden durch mechanische, elektrische und schließlich elektronische ersetzt. Moderne ESCs werden oft als „Fischer-Uhren“ bezeichnet. Um die Gründe für das Erscheinen dieses Namens zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die Geschichte. Es gab einmal eine Zeit, in der Schach ohne Zeitkontrolle gespielt wurde. Es kam vor, dass ein Spieler, der sich absichtlich in einer Verliererposition befand, seinen Gegner verhungern ließ. Die Spiele dauerten viele Stunden, tagelang. Den Koryphäen gelang es, mehrere Stunden lang über einzelne Spielzüge nachzudenken. Der Tropfen, der das Fass zum Überlaufen brachte, war ein Vorfall bei einem internationalen Turnier im Jahr 1851. Der Schiedsrichter des Spiels, Williams-Maklowe, machte eine historische Notiz: „Das Spiel ist noch nicht vorbei, beide Gegner sind eingeschlafen ...“. Zwei Jahre später, im Spiel Harwitz-Leventhal, wurde den Gegnern zum ersten Mal eine zeitliche Begrenzung auferlegt, wobei ihnen zehn Minuten Zeit gegeben wurden, um über jeden Spielzug nachzudenken. Es gab eine Sanduhr, jeder Gegner hatte seine eigene. Wegen Fristüberschreitung wurde ein Bußgeld verhängt. Im Jahr 10 wurde die Sanduhr im Andersen-Steinitz-Spiel durch eine mechanische ersetzt, allerdings noch keine spezielle Schachuhr, sondern eine gewöhnliche. Die Schachuhr mit zwei Zifferblättern wurde 1883 vom Engländer Thomas Bright Wilson erfunden. Ihr Design war noch alles andere als modern, aber es ermöglichte, ein anderes zu starten, wenn ein Uhrwerk stehen blieb. Ein Jahr später erhielt Amandus Shearwater ein Patent für die industrielle Herstellung von Schachuhren. Bereits 1886 konnten sie in Geschäften in Liverpool erworben werden. Seit 1899 trägt die Schachuhr eine „Flagge“, die anzeigt, dass weniger als drei Minuten bis zum Ablauf des Zeitlimits verbleiben. Die Idee wurde von D.B. Meyer vorgeschlagen. In Abb. Abbildung 1 zeigt eines der frühen Modelle der Ferranti-Schachuhren.
Der Prototyp der heutigen mechanischen Schachuhr erschien im Jahr 1900 dank Verbesserungen von Veenhoff. Etwa zur gleichen Zeit erfand der Amerikaner Henry Warren die elektrische Uhr. Ihre Schachversion erschien Mitte der 20er Jahre des letzten Jahrhunderts im Handel (Abb. 2).
Die weltweit ersten ESCs wurden 1964 in Kiew hergestellt. Der Algorithmus für ihren Betrieb unterschied sich nicht von den klassischen Turnier-ESCs. ESCs wurden lange Zeit nur im Zusammenhang mit technologischen Fortschritten in der Elektronik verbessert: Transistoren wurden durch Mikroschaltungen, Vakuum- und Gasentladungsanzeigen – LED und Flüssigkristall – ersetzt. Auch Funkamateure leisteten ihren Beitrag. Beschreibungen mehrerer Varianten selbstgebauter ESC finden sich in [1-3], und in [4] gibt es ein Diagramm eines Aufsatzes, der einen gewöhnlichen Mikrorechner in eine Schachuhr verwandelt. Doch Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts wurde der ruhige Lauf der Dinge durch den amerikanischen Großmeister Robert James Fischer, den elften Schachweltmeister, gestört. Als er aus einer langen Abgeschiedenheit kam, überraschte er erneut alle mit dem Angebot, „Fischer-Schach“ mit einer „Fischer-Uhr“ zu spielen. Zur Veranschaulichung: „Fischer Random Chess“ zeichnet sich dadurch aus, dass die aufgereihten Figuren, wie üblich, an ihrer ursprünglichen Position vor Spielbeginn ausgelost werden. Infolgedessen kann es durchaus sein, dass der Springer an die Stelle der Dame tritt, der Turm an die Stelle des Läufers usw. Statt nur einer, ergeben sich für jeden ausgeführten Zug 960 variable Bonussekunden. Wenn Sie beim Nachdenken über Ihren nächsten Schritt diese Prämie ständig erfüllen, wird die „Flagge“ auf der Uhr niemals fallen. Darüber hinaus kann sich die Zeitreserve erhöhen. Ein erfahrener Schachspieler wird unter solchen Bedingungen jede theoretisch gewinnende Stellung zum Sieg führen. R. Fischer ließ seine Uhr patentieren [5]. Im Gegensatz zum „Zufallsschach“ erhielten sie Unterstützung von der FIDE. Die neue Methode der Zeitkontrolle wurde erstmals im Fischer-Spassky-Match (1992) in die Praxis umgesetzt. Und seit 1999 wird der „Official FIDE Digital Chess Timer“ (Abb. 3) im „Fischer Clock“-Modus bei Europa- und Weltmeisterschaften im Mannschaftsschach eingesetzt. Offizielle Uhren bieten auch andere, nicht weniger interessante Modi. Insgesamt gibt es 12 davon, die wichtigsten werden im Folgenden besprochen.
Zeitverzögerung („verzögerte Uhr“, Andante) – nach jedem Zug eines Gegners beginnt der Countdown der gegnerischen Zeit nicht sofort, sondern mit einer Verzögerung von beispielsweise 5 Sekunden. Gelingt es dem Spieler in dieser Zeit, einen Zug auszuführen, ändert sich der Wert seiner Uhr nicht. Nicht verbrauchte Bonuszeit wird nicht angesammelt, sodass das „superschnelle“ Spiel keine Vorteile bringt. Diese Regelungen sind bei Turnieren unter der Schirmherrschaft der American National Chess Federation (USCF) üblich. Da es keine Verzögerung gibt, unterscheidet sich die Zeitmessung nicht von einer herkömmlichen mechanischen Schachuhr. Der Nachteil „verzögerter Uhren“ besteht darin, dass ihre Messwerte auch dann unverändert bleiben, wenn das Spiel schnell genug gespielt wird. Spieler assoziieren dies unwillkürlich mit einem fehlerhaften Uhrwerk. Zeiterhöhung ohne Akkumulation („Bronstein-Uhr“, Adagio) ist ein Modus, der dem oben besprochenen entspricht, aber die Zeit wird nicht vor, sondern nach der durchgeführten Bewegung hinzugefügt (die Pfeile werden zurückbewegt). Wenn ein neuer Zug ausgeführt wird, bevor die „Addition“ abgelaufen ist, bevor ein weiterer Zug ausgeführt wird, kehren die Uhrstände automatisch zu den ursprünglichen Werten zurück, ohne Additionen. Die Methode wurde bereits in den 70er Jahren vom sowjetischen Großmeister D. Bronstein vorgeschlagen. Psychologisch gesehen ist die „Bronstein-Uhr“ attraktiver als die „Verzögerungsuhr“, da sich ihre Anzeigen ständig ändern und Schachspieler davon überzeugen, dass der Mechanismus ordnungsgemäß funktioniert. Zeiterhöhung mit Akkumulation („Fischer-Uhr“, „FIDE-Uhr“, Bonus, progressiv) – ein Algorithmus ähnlich der „Bronstein-Uhr“, jedoch wird die ungenutzte Bonuszeit akkumuliert. Die Zeitreserve nach jedem Zug erhöht sich um eine festgelegte Anzahl von Sekunden, unabhängig davon, wie viel der Spieler über diesen Zug nachgedacht hat. Eine Reihe von „superschnellen“ Zügen kann genug Zeit für eine ausführliche Analyse einer Position ansammeln. Ob das gut oder schlecht ist, darüber streiten Schachtheoretiker bis heute. Zusatzmodi („Fun Clock“, „Sanduhr“, „Gong“) machen EHS für den Verbraucher attraktiv. Das meinen zumindest die Hersteller. Tatsächlich können Sie sich nach einer ernsthaften Partie entspannen und beispielsweise in einem Modus spielen, in dem die Zeit, die Sie mit dem Nachdenken über einen Zug verbracht haben, automatisch Ihrem Gegner zugerechnet wird. Ein weiterer Hilfsmodus, „Gong“, stammt aus den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts, als Massenturniere praktiziert wurden, bei denen alle Teilnehmer gleichzeitig Spiele spielten. Es wurden streng festgelegte Zeitintervalle für das Nachdenken über jeden Zug vorgesehen, wobei jeder sofort durch Schläge eines echten Gongs über deren Ablauf informiert wurde. Ein Schachspieler, der vor dem Gong ein paar Mal keine Zeit hatte, einen Zug auszuführen, galt als Verlierer. Es ist sehr schwierig, die Zeiger einer mechanischen Uhr hin und her zu drehen. Daher ist es nur mit Hilfe der Elektronik möglich, neue Prinzipien der Zeitsteuerung erfolgreich umzusetzen. So erhielt die ESH mit der leichten Hand von Fischer einen „zweiten Wind“. Gemäß den aktuellen FIDE-Regeln werden internationale Turniere heute nur noch unter Verwendung der ECH ausgetragen. In der Regel werden die ersten 40 Züge mit normaler Bedenkzeit gespielt, anschließend wird die „Fischer-Uhr“ eingeschaltet. Viele nationale Schachverbände, darunter auch der russische, ersetzen systematisch mechanische Uhren durch elektronische. Leider sind diese Pläne aufgrund der hohen Kosten für FIDE-Uhren noch lange nicht abgeschlossen. Alternativ zum ESC finden Sie im Internet viele Programme, die einen Personal Computer in eine Schachuhr verwandeln. Von den kostenlosen sind die bekanntesten [6-8]. Ihre gemeinsamen Nachteile: nur digitale Zeitanzeige, Nachahmung des Drückens von Uhrenknöpfen über eine normale Tastatur. Es wird an der Seite des Schachbretts platziert, ein Spieler verwendet die ESC-Taste, der andere die ENTER-Taste. Die Praxis zeigt, dass beim Blitzspiel für einige besonders ausdrucksstarke Schachspieler die Stärke einer Standard-Computertastatur eindeutig nicht ausreicht. Durch die digitale Zeitanzeige ist das Spielen unter Zeitdruck sehr schwierig. Es ist äußerst schwierig, mit peripherer Sicht den Überblick über die Anzahl der verbleibenden Sekunden zu behalten, ohne vom Brett abgelenkt zu werden; da kommt einem sofort die praktische Flagge einer normalen Schachuhr in den Sinn. Daher ist zusätzlich zur digitalen Anzeige eine „analoge“ Anzeige auf dem Bildschirm erforderlich. Zum Beispiel wie im Programm [9], in dessen Ausgangszustand zwei grüne Zifferblattkreise auf dem Bildschirm sichtbar sind. Während jeder Spieler Zeit verbringt, wachsen auf den Zifferblättern blaue Sektoren. Das Spiel endet, wenn eines der Zifferblätter vollständig blau wird. Wenn wir eine ähnliche Anzeigemethode als Grundlage nehmen, eine digitale hinzufügen, moderne Zeiterfassungsmodi bereitstellen und die Möglichkeit zur Steuerung über zusätzliche ziemlich langlebige und praktische Tasten bieten, erhalten wir EHS, die den offiziellen nicht unterlegen sind. In Abb. 4 und Abb. Abbildung 5 zeigt die einfachsten Diagramme, in denen zwei externe Tasten (eine für jeden Gegner) an einen Computer angeschlossen werden können – jeweils an die LPT- oder COM-Port-Anschlüsse. Durch die Kontakte der Tasten SB1 und SB2 fließt ein Strom von 2...5 mA, die bei Betätigung schließen. Dieser Wert kann als optimal angesehen werden. Bei mehr brennen die Kontakte schnell durch, bei weniger steigt die Wahrscheinlichkeit eines unzuverlässigen Betriebs aufgrund der Instabilität des Kontaktwiderstands.
Die Taster können sowohl in einem gemeinsamen Gehäuse als auch in zwei separaten Gehäusen mit einer Anschlussleitungslänge von bis zu mehreren Metern untergebracht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, zwei Computermäuse zu verwenden, auch wenn sie defekt sind. In jedem von ihnen sind die Kontakte aller verfügbaren Tasten parallel geschaltet, sodass Sie jede beliebige Taste „ohne hinzusehen“ drücken können. Der Rest der „Füllung“ wird nicht verwendet. Um die Struktur mechanisch zu stabilisieren, entfernen Sie die gummierte Kugel. Es gibt nur einen Nachteil – die „nicht-schachartige“ Methode zum Drücken von Knöpfen (obwohl manche dies als Vorteil betrachten würden). In Abb. Abbildung 6 zeigt ein Diagramm eines komplexeren Blocks von Fernbedienungstasten (BVK). Seine Teile sind in der Standard-Yantar-Schachuhr untergebracht, deren Uhr- und Drückermechanismen keinen Änderungen unterliegen. Möglich wurde dies durch den Einsatz berührungsloser optischer Positionssensoren der bereits in der Uhr vorhandenen Knöpfe. Die Sensoren bestehen aus Sendedioden BI1, BI2 und zwei Fototransistoren BL1, BL2.
Die XS1 BVK-Buchse kann sowohl an parallele als auch an serielle Schnittstellen eines Computers angeschlossen werden. Es reicht aus, das entsprechende Kabel gemäß den in Abb. gezeigten Diagrammen herzustellen. 7 (zum LPT-Anschluss) oder in Abb. 8 (zum COM-Port).
In Abb. dargestellt. 5 und 8 Buchsen XS1 (DB-9F) werden mit den DB-9M-Steckern des in modernen Computern installierten COM1-Ports verbunden. Der COM2-Port ist üblicherweise mit einem DB-25M-Stecker ausgestattet, dessen Pinbelegung etwas anders ist. Die Anschlüsse der seriellen und parallelen Anschlüsse veralteter Computertypen, die hauptsächlich in der UdSSR hergestellt werden, sind sehr vielfältig. DDR und Polen. In all diesen Fällen muss der BVK an den Computeranschluss angeschlossen werden, wobei man sich auf die in den Abbildungen gezeigten Namen der Anschlussleitungen konzentrieren muss. Kehren wir zu Abb. zurück. 6. Der Strom durch die emittierenden LEDs VI und BI2 wird durch die Widerstände R1 und R4 (bei Anschluss an LPT) oder R1-R4 (bei Anschluss an COM) eingestellt. Die Sender und die dazugehörigen Fotodetektoren (BL1, BL2) sind so angeordnet, dass die optische Verbindung zwischen ihnen durch die entsprechende Stellung der Wippe des Drückermechanismus der Schachuhr unterbrochen wird. Wenn beispielsweise die rechte Taste gedrückt wird, sollte keine Verbindung zwischen VI1 und BL1 bestehen und die Fototransistoren der BL1-Baugruppe sollten geschlossen sein. Beim Drücken beider Tasten (die Uhr stoppt vollständig) werden die Fototransistoren beider Baugruppen (BL1 und BL2) beleuchtet und geöffnet. Experimente haben gezeigt, dass Signale von optischen Sensoren nur bei einem sehr geringen Abstand zwischen Emittern und Fotodetektoren ausreichende Amplituden erreichen, um direkt an die Eingänge von Computeranschlüssen angelegt zu werden. Daher stellt der BVK Wechselrichterverstärker für Sensorsignale zur Verfügung – Transistoren VT1 und VT2. Ihre Kollektorlasten sind bei Anschluss an den COM-Port die Widerstände R7 und R8. Für den Betrieb des LPT-Ports sind keine Lastwiderstände erforderlich. Die Diode VD1 ist eine Schutzdiode bei Spannungsumkehr auf den RTS- und DTR-Leitungen des COM-Ports. Der BVK ist auf einer Glasfaserplatte mit den Maßen 95x15x1 mm montiert. Wie in Abb. 9 wird diese Platine (4) von innen auf die Oberwand des Yantar-Uhrengehäuses geklebt. Alle Teile und Leiterbahnen befinden sich auf der freien Seite der Platine. An seinen gegenüberliegenden Enden befinden sich im Abstand von ca. 85 mm voneinander und in der Nähe der entsprechenden Tasten 2 optische Sensoren 3. Der Abstand zwischen der Sendediode und der mit ihr zusammenarbeitenden Fototransistorbaugruppe beträgt 6...8 mm. Weitere Elemente des BVK sind so auf der Platine montiert, dass sie die Bewegung des Kipphebels 1 nicht behindern.
Der Sockel XS1 ist an der abnehmbaren Rückwand des Uhrengehäuses montiert und über den Kabelbaum 4 mit der Platine 5 verbunden. Aus Platzgründen auf der Platine sind die Diode VD1 und die Widerstände R1, R4 direkt an die Kontakte des Sockels angelötet. Im BVK, das nur für den Anschluss an den LPT-Port ausgelegt ist, können die Diode VD1 und die Widerstände R2, R3, R7, R8 nicht installiert werden. Optische Sensorelemente – Sendedioden und Fototransistoren – wurden aus Genius Easy Mouse-Computermäusen extrahiert. Wenn Sie sie durch ähnliche Geräte anderer Mäusetypen ersetzen, müssen Sie möglicherweise Widerstandswerte auswählen: R1-R4, um einen Strom von 4...8 mA durch die Sendedioden einzustellen, und R5, R6, um einen zuverlässigen Betrieb der Sensoren zu gewährleisten . Diode VD1 und Transistoren VT1, VT2 - alle kleinen. Alle Widerstände sind MLT-0,125. Die DB-9F-Buchse kann durch eine SNP101-9G oder eine andere, hinsichtlich Anzahl der Kontakte und Abmessungen geeignete, ersetzt werden, indem die XP1-Kabelstecker entsprechend geändert werden (siehe Abb. 7 und 8). Zusammen mit einer der beschriebenen Tastentafeln oder mit BVK ist das ProgrammElektronische Schachuhr„Für diejenigen, die sich für die Details des Algorithmus seiner Funktionsweise interessieren, ist dort auch der Quelltext in C verfügbar. Das Programm wurde für das Betriebssystem MS DOS und den VGA-Videoadapter (640 x 480 Pixel) entwickelt, sodass Sie es auf den „altesten“ Computern ausführen können, die oft im Leerlauf in Schränken verstauben. Es kann unter Windows im DOS-Emulationsmodus arbeiten. Unmittelbar nach dem Start sollten Sie dem Programm mitteilen, wie es die Uhr steuern soll (Tasten, optische Sensoren, ESC- und ENTER-Tasten auf der Computertastatur), an welchen der Ports die Tasten bzw. BVK angeschlossen sind (LPT1, LPT2, COM1, COM2) und wählen Sie den Zeitsteuerungsmodus (Uhr mit Verzögerung, „Bronstein-Uhr“, „Fischer-Uhr“, Sanduhr). Jetzt müssen Sie nur noch die Zeit festlegen, die jedem Spieler für das gesamte Spiel zur Verfügung steht, und den Betrag der Verzögerung oder Zeitverlängerung angeben. Der Computer bietet Eingabeaufforderungen für alle Schritte zum Einstellen der Modi. Der Hauptbildschirm des Programms, dargestellt in Abb. 10, enthält zwei runde Zifferblätter.
Die Zeit wird sowohl analog (verbrachte Zeit – weiße und gelbe Sektoren, verbleibende Zeit – violette Sektoren) als auch digital gezählt. Das Display oben auf dem Bildschirm zeigt die aktuelle Uhrzeit an – die Messwerte der internen Uhr des Computers. Mit der Taste 5 kann die Schachuhr vorübergehend gestoppt und neu gestartet werden. Mit der Taste 7 können Sie die Werte des Zugzählers eines beliebigen Spielers anpassen (angezeigt in den unteren Ecken des Bildschirms). Dies kann erforderlich sein, wenn der Uhrenknopf versehentlich gedrückt wird. Sobald der Spieler weniger als 1 Minute Zeit übrig hat, erscheint am unteren Bildschirmrand unter seinem Zifferblatt ein weißer „Letzte Meile“-Balken, der sich nach und nach blau füllt. Es ist das, was sie nutzen, um sich unter Zeitdruck zurechtzufinden. Gemäß den FIDE-Regeln wird der Ablauf der Zeit durch das Anhalten der Uhr beider Gegner, ein akustisches Signal und das Wort STOP auf dem Bildschirm angezeigt. Die bei einem Spiel mit mechanischer Uhr inhärente Unfähigkeit, den Gewinner zu ermitteln, wenn die „Flaggen“ fast gleichzeitig fallen, wurde beseitigt, wenn die Schiedsrichter unabhängig von der Position auf dem Brett ein Unentschieden protokollieren. Computerbasiertes EHS kann auch in anderen Spielen eingesetzt werden: Dame, Sports Bridge, Go, Renju. Literatur
Autor: S. Ryumik, Tschernihiw, Ukraine
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