.. include:: /index.rst
   :start-after: start_hello_message
   :end-before: end_hello_message

.. _py_fun_10s:

4.8 SPIEL - 10-Sekunden-Challenge
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**Einführung**

Testen Sie Ihre Konzentration und Ihr Timing mit dem Spiel „10-Sekunden-Challenge“! In diesem Projekt bauen Sie einen Zauberstab, indem Sie einen Neigungsschalter an einem Stab befestigen. Schütteln Sie den Zauberstab, um einen Timer auf einer 4-stelligen Segmentanzeige zu starten. Schütteln Sie ihn erneut, um den Timer zu stoppen. Das Ziel ist es, den Timer so nah wie möglich bei **10,00 Sekunden** zu stoppen. Treten Sie gegen Freunde an und finden Sie heraus, wer der wahre Zeitzauberer ist!


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**Was Sie benötigen**

Nachfolgend finden Sie die Liste der für dieses Projekt erforderlichen Komponenten:

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUFLINK

    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|
    *   - :ref:`cpn_tilt_switch`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_fusion_hat`
        - \- 
    *   - Raspberry Pi
        - \-

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**Schaltplan**

Nachfolgend ist der schematische Schaltplan für die „10-Sekunden-Challenge“ dargestellt:

.. image:: img/fzz/4.1.15_sch.png
   :width: 100%
   :align: center



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**Verdrahtungsdiagramm**

Folgen Sie den unten gezeigten Verdrahtungsanweisungen, um die Schaltung aufzubauen:


.. image:: img/fzz/4.1.15_bb.png
   :width: 80%
   :align: center


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**Beispiel ausführen**


Der gesamte in diesem Tutorial verwendete Beispielcode befindet sich im Verzeichnis ``ai-lab-kit``. 
Führen Sie die folgenden Schritte aus, um das Beispiel auszuführen:


.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: shell
   
   cd ~/ai-lab-kit/python/
   sudo python3 4.8_GAME_10Second.py

Wenn das Skript ausgeführt wird:

* Schütteln Sie den Zauberstab, um den Timer auf der 4-stelligen Segmentanzeige zu starten.
* Schütteln Sie den Zauberstab erneut, um den Timer zu stoppen.
* Wenn der Timer 10,00 Sekunden anzeigt, gewinnen Sie die Runde!
* Schütteln Sie den Zauberstab noch einmal, um das Spiel zurückzusetzen und eine neue Runde zu starten.

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**Code**


Hier ist der Python-Code für dieses Projekt:

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   # Import Pin control, modes, and pull-up/down definitions
   from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
   # Import time for delays
   import time
   # Import threading to use Timer for repeated callbacks
   import threading

   # Initialize the button connected to GPIO 22, set as input with pull-down resistor
   sensorPin = Pin(22, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)

   # Define GPIO pins for the 74HC595 shift register
   SDI = Pin(17, mode=Mode.OUT)    # Serial Data Input
   RCLK = Pin(4, mode=Mode.OUT)    # Register Clock (latch)
   SRCLK = Pin(27, mode=Mode.OUT)  # Shift Register Clock

   # Define GPIO pins controlling digit selection on the 4-digit 7-segment display
   placePin = [Pin(pin, mode=Mode.OUT) for pin in (23, 24, 25, 12)]

   # Define the segment encoding for digits 0–9 (common cathode)
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

   # Counter value, timer object, and game state variable
   counter = 0
   timer1 = None
   gameState = 0

   def clearDisplay():
      """Clear all segments by shifting out 'all off' bits to the 74HC595."""
      for _ in range(8):
         SDI.on()      # Send high bits (turned off segments)
         SRCLK.on()    # Pulse shift clock
         SRCLK.off()
      RCLK.on()         # Latch the data
      RCLK.off()

   def hc595_shift(data):
      """Shift out one byte to the 74HC595 to control segment lighting."""
      for i in range(8):
         SDI.value(0x80 & (data << i))  # Output next bit
         SRCLK.on()                     # Clock pulse
         SRCLK.off()
      RCLK.on()                          # Latch data to output
      RCLK.off()

   def pickDigit(digit):
      """Enable one of the 4 digits on the display by activating its control pin."""
      for pin in placePin:
         pin.off()          # Disable all digits
      placePin[digit].on()   # Enable selected digit

   def display():
      """Render the current 4-digit counter value onto the 7-segment display."""
      global counter

      # Units digit
      clearDisplay()
      pickDigit(3)
      hc595_shift(number[counter % 10])

      # Tens digit
      clearDisplay()
      pickDigit(2)
      hc595_shift(number[counter % 100 // 10])

      # Hundreds digit (minus 0x80 to enable decimal point if needed)
      clearDisplay()
      pickDigit(1)
      hc595_shift(number[counter % 1000 // 100] - 0x80)

      # Thousands digit
      clearDisplay()
      pickDigit(0)
      hc595_shift(number[counter % 10000 // 1000])

   def stateChange():
      """Handle button-triggered mode changes: start or stop the timer."""
      global gameState, counter, timer1

      # When gameState = 0 → Reset counter and start timer
      if gameState == 0:
         counter = 0           # Reset counter
         time.sleep(1)         # Small delay before start
         timer()               # Start counting

      # When gameState = 1 → Stop the timer
      elif gameState == 1 and timer1 is not None:
         timer1.cancel()       # Stop Timer thread
         time.sleep(1)

      # Toggle between state 0 and 1
      gameState = (gameState + 1) % 2

   def loop():
      """Main loop: refresh the display and detect button presses."""
      global counter
      currentState = 0
      lastState = 0

      while True:
         display()                     # Continuously update display
         currentState = sensorPin.value()   # Read button state
         # Detect falling edge: button released → pressed transition
         if (currentState == 0) and (lastState == 1):
               stateChange()             # Trigger state change
         lastState = currentState      # Save state for edge detection

   def timer():
      """Timer callback: increments counter every 0.01 seconds using threading.Timer."""
      global counter, timer1
      timer1 = threading.Timer(0.01, timer)  # Create next timer event
      timer1.start()                         # Start timer loop
      counter += 1                           # Increase counter value

   try:
      loop()                                 # Run main loop
   except KeyboardInterrupt:
      if timer1:
         timer1.cancel()                    # Cleanly stop timer on exit


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**Code verstehen**

1. **Tastereingabe:**  
   Der Neigungsschalter ist mit GPIO-Pin 22 verbunden und erkennt, wenn der Zauberstab geschüttelt wird.

2. **74HC595-Schieberegister:**  
   Das Schieberegister steuert, welche Ziffern auf der 7-Segment-Anzeige aktiviert werden.

3. **Timer-Logik:**  
   Ein Threading-Timer erhöht den Zähler alle 0,01 Sekunden und sorgt so für eine präzise Zeitmessung.

4. **Zustandsverwaltung:**  
   Das Spiel wechselt je nach Tasteneingabe zwischen verschiedenen Zuständen (Start, Stopp) und setzt den Zähler bei Bedarf zurück.

5. **Anzeigeaktualisierung:**  
   Die 7-Segment-Anzeige zeigt den Timerwert mit zwei Dezimalstellen an.


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**Fehlerbehebung**

1. **7-Segment-Anzeige zeigt keine Zahlen an**:

   - **Ursache**: Falsche Verdrahtung oder falsche GPIO-Konfiguration.
   - **Lösung**:

     - Überprüfen Sie die Verbindungen zum 74HC595-Schieberegister und zur 7-Segment-Anzeige.
     - Stellen Sie sicher, dass die Segmentcodes in ``number`` zur Konfiguration der Anzeige passen.

2. **Neigungsschalter reagiert nicht**:

   - **Ursache**: Fehlerhafte Verdrahtung oder fehlende Entprellung.
   - **Lösung**:

     - Prüfen Sie, ob der Neigungsschalter mit GPIO 22 verbunden ist.
     - Fügen Sie eine kurze Entprellverzögerung in der Funktion ``loop()`` hinzu:

       .. code-block:: python

           time.sleep(0.05)

3. **Zähler erhöht sich nicht**:

   - **Ursache**: Die Timerfunktion startet nicht korrekt.
   - **Lösung**:

     - Überprüfen Sie die Funktion ``timer()`` und stellen Sie sicher, dass ``timer1.start()`` aufgerufen wird.
     - Fügen Sie zur Fehlersuche eine Ausgabe des ``counter``-Wertes innerhalb der Funktion ``timer()`` hinzu.

4. **Anzeige zeigt falsche Ziffern**:

   - **Ursache**: Die Segmentcodes in der Liste ``number`` stimmen nicht mit der Hardware überein.
   - **Lösung**: Testen Sie einzelne Ziffern mit festen Segmentcodes, um die korrekte Zuordnung zu überprüfen.


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**Erweiterungsideen**

1. **Anpassbare Timer-Geschwindigkeit**: Fügen Sie eine Möglichkeit hinzu, die Timer-Schrittweite zu ändern (z. B. mit einem zweiten Taster, um zwischen 0,01-, 0,1- und 1-Sekunden-Schritten zu wechseln).

2. **Countdown-Modus**: Implementieren Sie einen Countdown-Modus, bei dem der Zähler bei einem festgelegten Wert startet und bis 0 herunterzählt.

3. **Pause- und Fortsetzen-Funktion**: Fügen Sie einen separaten Taster hinzu, um den Timer anzuhalten und wieder fortzusetzen, ohne ihn zurückzusetzen.

4. **Akustisches Feedback**: Verwenden Sie einen Summer, der bei bestimmten Meilensteinen Signaltöne ausgibt (z. B. bei Vielfachen von 10).


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**Fazit**

Die „10-Sekunden-Challenge“ zeigt, wie einfache Komponenten wie ein Neigungsschalter und eine 7-Segment-Anzeige zu einem unterhaltsamen interaktiven Spiel kombiniert werden können. Das Projekt demonstriert die Nutzung von GPIO-Steuerung, Timern und Zustandsverwaltung in Python und bietet eine lehrreiche sowie spannende Erfahrung. Fordern Sie sich selbst und Ihre Freunde heraus, um das perfekte Timing zu erreichen!