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7.7 「数当てゲーム」の作成

このプロジェクトでは、Raspberry Pi Pico 2 W、4x4行列型キーパッド、I2C接続のLCD1602ディスプレイを使用して、インタラクティブな 「数当てゲーム」 を作成します。このゲームは、0から99までのランダムな数字を生成し、プレイヤーがその数字を当てることを目的とします。各推測の後、推測が高すぎるか低すぎるかに基づいて範囲を絞り込み、誰かが正しい数字を当てるまで続きます。

必要なコンポーネント

このプロジェクトに必要なコンポーネントは次の通りです。

全セットを購入するのが便利です。リンクはこちら：

名前	セットに含まれるアイテム	リンク
Pico 2 Wスターターキット	450+	Pico 2 W Kit

個別に購入することもできます。以下のリンクから購入できます。

SN	コンポーネント	数量	リンク
1	Pico 2 Wの概要	1
2	マイクロUSBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	買う
4	ジャンパーワイヤー	複数	買う
5	抵抗器	4(10KΩ)	買う
6	4x4キーパッド	1	買う
7	I2C LCD1602	1	買う

コンポーネントの理解

4x4行列型キーパッド: 16個のボタンが4行4列のマトリックスで配置されているキーパッド。これを使って数字やコマンドを入力します。
I2C接続のLCD1602ディスプレイ: 16x2文字のLCDディスプレイで、I2Cインターフェースを使用して、データライン(SDAとSCL)2本で配線が簡単になります。

回路図

sch_guess_number

この回路は、 4.2 4x4 キーパッドを基に、押されたキーを表示するためにI2C LCD1602を追加したものです。

配線

配線を簡単にするために、上記の図では、マトリックスキーパッドの列と10KΩの抵抗を、G10〜G13に位置する穴に同時に挿入しています。

コードの作成

MicroPythonプログラムを作成して、以下の動作を行います：

0から99までのランダムな数字を生成します。
キーパッドからの入力を読み取ります。
LCDディスプレイにヒントとプレイヤーの入力を更新します。
各推測後に範囲を狭めます。

注釈

7.7_game_guess_number.py を pico-2w-kit-main/micropython から開くか、コードをThonnyにコピーして、「Run」をクリックするか、F5キーを押してください。
正しいインタープリターが選択されていることを確認してください：MicroPython（Raspberry Pi Pico）。COMxx。
ここでは lcd1602.py ライブラリを使用する必要があります。Picoにアップロードされているか確認してください。詳細なチュートリアルについては 1.4 Picoにライブラリをアップロードを参照してください。

from lcd1602 import LCD
from machine import I2C, Pin
import utime
import urandom

# LCD1602ディスプレイのためにI2C通信を初期化
i2c = I2C(1, sda=Pin(6), scl=Pin(7), freq=400000)
lcd = LCD(i2c)

# 4x4行列型キーパッドのキャラクターマッピング
keypad_map = [
    ["1", "2", "3", "A"],
    ["4", "5", "6", "B"],
    ["7", "8", "9", "C"],
    ["*", "0", "#", "D"]
]

# 行列の行と列ピンを定義
row_pins = [Pin(pin_num, Pin.OUT) for pin_num in [21, 20, 19, 18]]  # R1-R4
col_pins = [Pin(pin_num, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN) for pin_num in [13, 12, 11, 10]]  # C1-C4

# キーパッドをスキャンする関数
def read_keypad():
    for row_num, row_pin in enumerate(row_pins):
        row_pin.high()
        for col_num, col_pin in enumerate(col_pins):
            if col_pin.value() == 1:
                row_pin.low()
                return keypad_map[row_num][col_num]
        row_pin.low()
    return None

# ゲームを初期化する関数
def init_game():
    global target_number, lower_bound, upper_bound, guess
    target_number = urandom.randint(0, 99)
    lower_bound = 0
    upper_bound = 99
    guess = ""
    lcd.clear()
    lcd.message("Press A to Start")

# 表示を更新する関数
def update_display(message):
    lcd.clear()
    lcd.message(message)

# メインプログラム
init_game()
game_started = False

while True:
    key = read_keypad()
    if key:
        utime.sleep(0.2)  # デバウンス遅延

        if not game_started:
            if key == "A":
                game_started = True
                update_display("Enter your guess:")
        else:
            if key in "0123456789":
                if len(guess) < 2:
                    guess += key
                    update_display("Guess: {}\n{} < ? < {}".format(guess, lower_bound, upper_bound))
            elif key == "D":
                if guess != "":
                    guess_number = int(guess)
                    if guess_number < lower_bound or guess_number > upper_bound:
                        update_display("Out of range!\n{} < ? < {}".format(lower_bound, upper_bound))
                    elif guess_number > target_number:
                        upper_bound = guess_number - 1
                        guess = ""
                        update_display("Too High!\n{} < ? < {}".format(lower_bound, upper_bound))
                    elif guess_number < target_number:
                        lower_bound = guess_number + 1
                        guess = ""
                        update_display("Too Low!\n{} < ? < {}".format(lower_bound, upper_bound))
                    else:
                        update_display("Correct!\nNumber is {}".format(target_number))
                        game_started = False
                        utime.sleep(2)
                        init_game()
                else:
                    update_display("Enter a number")
            elif key == "A":
                # ゲームを再開
                init_game()
                game_started = True
                update_display("Enter your guess:")
            elif key == "B":
                # 現在の推測をクリア
                guess = ""
                update_display("Guess cleared")
            elif key == "C":
                # ヒントを表示（または他の機能）
                update_display("Hint not available")
    utime.sleep(0.1)

ゲームが実行されると、次の手順でゲームをプレイできます：

ゲーム開始：

キーパッドの「A」キーを押します。
推測の入力：
- 数字キーを使って推測を入力します（0〜99）。
- 「D」を押して推測を送信します。
フィードバックの受け取り：
- LCDは、推測が高すぎるか、低すぎるか、正しいかを表示します。
- 範囲が適切に調整されます。
ゲームに勝つ：
- 正しい数字を推測すると、LCDに「Correct! Number is XX」と表示されます。
- ゲームは短い遅延の後、自動的にリセットされます。

コードの理解

インポートと初期化：
- lcd1602.LCD: LCDディスプレイを制御します。
- machine.Pin: GPIOピンとの対話。
- urandom: ランダムな数字を生成します。
- LCD1602ディスプレイのためにI2C通信を初期化します。

キーパッドスキャン関数（ read_keypad ）：

各行を一度に高く設定。
どの列が高いかをチェックし、ボタンが押されたことを検出します。
押されたキーに対応するキャラクターを返します。

def read_keypad():
    for row_num, row_pin in enumerate(row_pins):
        row_pin.high()
        for col_num, col_pin in enumerate(col_pins):
            if col_pin.value() == 1:
                row_pin.low()
                return keypad_map[row_num][col_num]
        row_pin.low()
    return None

ゲーム変数と初期化（ init_game ）：

target_number: 0から99までのランダムな数。
lower_bound と upper_bound: 最初はそれぞれ0と99。
guess: 現在の推測入力を格納する文字列。

def init_game():
    global target_number, lower_bound, upper_bound, guess
    target_number = urandom.randint(0, 99)
    lower_bound = 0
    upper_bound = 99
    guess = ""
    lcd.clear()
    lcd.message("Press A to Start")

表示更新関数（ update_display ）：

LCDをクリアし、指定されたメッセージを表示します。
```
# 表示関数
def update_display(message):
    lcd.clear()
    lcd.message(message)
```
メインプログラムループ：
- キー入力を待機し、ゲームロジックを処理します。
- A キー: ゲームを開始または再開します。
- 数字 0 〜 9 : 現在の推測番号を構築します。
- D キー: 推測を送信し、範囲を更新します。
- 推測が現在の範囲内にあるかを確認します。
- 推測に基づいて lower_bound または upper_bound を更新します。
- 次の入力のために推測をリセットします。
- 推測が正しい場合、成功メッセージを表示し、ゲームをリセットします。
- B キー: 現在の推測をクリアします。
- C キー: 追加機能のために予約されています（例: ヒント）。
```
while True:
    key = read_keypad()
    if key:
        utime.sleep(0.2)  # デバウンス遅延

        if not game_started:
            if key == "A":
                game_started = True
                update_display("Enter your guess:")
...
...
    utime.sleep(0.1)
```
デバウンスと遅延：
- utime.sleep(0.2): キーを押した後のデバウンス用の短い遅延。
- utime.sleep(0.1): メインループでCPUの使用を減らすための小さな遅延。

トラブルシューティング

LCDがテキストを表示しない：
- SDAとSCLの接続（GP6とGP7）を確認します。
- LCDが正しく電源が供給されているか確認します。
- LCDモジュールの背面にあるコントラストポテンショメータを調整します。
キーパッドが反応しない：
- すべての行と列の接続を確認します。
- 内部プルダウンを使用しない場合、プルダウン抵抗が正しく接続されていることを確認します。
- キーパッドが正常に動作していることを確認します。
ランダムな数が変わらない：
- urandom が正しくインポートされて使用されていることを確認します。
- より良いランダム性のためにランダムシードを初期化する必要があるかもしれません。
ゲームロジックに問題がある：
- 推測を処理する際の条件と範囲を再確認します。
- 上限と下限が正しく更新されているかを確認します。

拡張と強化

マルチプレイヤー対応：
- 各プレイヤーが何回推測したかを追跡します。
- プレイヤーごとにターンを交代させます。
スコアシステムの実装：
- 数字を推測する速さに応じてポイントを付与します。
- スコアをLCDに表示します。
ヒントの提供：
- 「C」キーを使ってヒントを表示します。例えば「数は偶数です」や「5の倍数です」など。
範囲の拡大：
- ゲームを0から999までの数字に変更します。
- 表示と入力方法をそれに応じて調整します。
視覚的および音声フィードバック：
- LEDやブザーを追加してフィードバックを提供します。

結論

Raspberry Pi Pico 2 Wを使用して、インタラクティブな「数当てゲーム」を作成しました！このプロジェクトは、ユーザー入力、ランダムな数字の生成、表示の制御を組み合わせて、楽しく魅力的なゲームを作成します。キー入力、LCDディスプレイ、ゲームロジックの操作の練習に最適です。

新しい機能を追加したり、インターフェースを改善したりして、このゲームをさらに強化してください。このプロジェクトは、より複雑なインタラクティブアプリケーションの基盤となるでしょう。