.. note::

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.. _4.1.17_py_pi5:

4.1.14 SPIEL – Zahlenraten
==============================

Einführung
------------------

Zahlenraten ist ein unterhaltsames Partyspiel, bei dem du und deine Freunde abwechselnd eine Zahl (0~99) eingeben. Mit jeder Eingabe verkleinert sich der Bereich, bis ein Spieler die richtige Zahl errät. Dann wird dieser Spieler „geschlagen“ und „bestraft“. Zum Beispiel, wenn die Glückszahl 51 ist, die die Spieler nicht sehen können, und Spieler ① gibt 50 ein, ändert sich der Bereichszahlenprompt zu 50~99; wenn Spieler ② 70 eingibt, kann der Zahlenbereich 50~70 sein; wenn Spieler ③ 51 eingibt, ist dieser Spieler der Pechvogel. Hier nutzen wir ein Tastenfeld für die Eingabe der Zahlen und ein LCD, um die Ergebnisse anzuzeigen.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.17_game_guess_number_list.png
    :width: 800
    :align: center

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

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

    *   - Name	
        - ARTIKEL IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können sie auch separat über die untenstehenden Links kaufen.

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

    *   - KOMPONENTENVORSTELLUNG
        - KAUF-LINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_keypad`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_i2c_lcd`
        - |link_i2clcd1602_buy|


Schaltplan
-----------------------

============ ======== ======== =======
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
GPIO25       Pin 22   6        25
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO22       Pin 15   3        22
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO17       Pin 11   0        17
SDA1         Pin 3    SDA1(8)  SDA1(2)
SCL1         Pin 5    SCL1(9)  SDA1(3)
============ ======== ======== =======

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.17_game_guess_number_schematic.png
   :align: center

Experimentelle Verfahren
-----------------------------

**Schritt 1:** Bauen Sie den Schaltkreis.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.17_game_guess_number_circuit.png

**Schritt 2**: I2C einrichten (siehe :ref:`i2c_config`.)

**Schritt 3**: Verzeichnis wechseln.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Schritt 4**: Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 4.1.17_GAME_GuessNumber_zero.py

Nachdem das Programm gestartet wurde, zeigt das LCD die Startseite:

.. code-block:: 

   Willkommen!
   Drücke A zum Start!

Drücke 'A', und das Spiel beginnt, und die Spieloberfläche erscheint auf dem LCD.

.. code-block:: 

   Zahl eingeben:
   0 ‹Punkt‹ 99

Eine zufällige Zahl ‹\ **Punkt**\› wird produziert, aber nicht auf dem LCD angezeigt, wenn das Spiel startet, und deine Aufgabe ist es, sie zu erraten. Die von dir getippte Zahl erscheint am Ende der ersten Zeile, bis die endgültige Berechnung abgeschlossen ist. (Drücke 'D' zum Starten des Vergleichs, und wenn die eingegebene Zahl größer als **10** ist, startet der automatische Vergleich.)

Der Zahlenbereich von 'Punkt' wird in der zweiten Zeile angezeigt. Und du musst eine Zahl innerhalb des Bereichs tippen. Wenn du eine Zahl tippst, verengt sich der Bereich; wenn du die Glückszahl glücklich oder unglücklich triffst, erscheint "Du hast es geschafft!"

.. note::

    * Wenn der Fehler ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`` auftritt, beziehe dich auf :ref:`i2c_config`, um das I2C zu aktivieren.
    * Wenn der Fehler ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'`` auftritt, führe bitte ``sudo apt install python3-smbus2`` aus.
    * Wenn der Fehler ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error`` erscheint, bedeutet dies, dass das Modul falsch verdrahtet ist oder das Modul defekt ist.
    * Wenn der Code und die Verdrahtung in Ordnung sind, aber das LCD immer noch keinen Inhalt anzeigt, kannst du das Potentiometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::
    Du kannst den untenstehenden Code **Modifizieren/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**. Aber davor musst du zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5``. Nachdem du den Code modifiziert hast, kannst du ihn direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   from gpiozero import DigitalOutputDevice, Button
   from time import sleep
   import LCD1602
   import random

   class Keypad:
      def __init__(self, rows_pins, cols_pins, keys):
         """
         Initialize the keypad with specified row and column pins and key layout.
         :param rows_pins: List of GPIO pins for the rows.
         :param cols_pins: List of GPIO pins for the columns.
         :param keys: Layout of keys on the keypad.
         """
         self.rows = [DigitalOutputDevice(pin) for pin in rows_pins]  # Setup row pins
         self.cols = [Button(pin, pull_up=False) for pin in cols_pins]  # Setup column pins
         self.keys = keys  # Define keypad layout

      def read(self):
         """
         Read and return the currently pressed keys.
         :return: List of pressed keys.
         """
         pressed_keys = []
         for i, row in enumerate(self.rows):
               row.on()  # Activate current row
               for j, col in enumerate(self.cols):
                  if col.is_pressed:
                     index = i * len(self.cols) + j
                     pressed_keys.append(self.keys[index])  # Append pressed key
               row.off()  # Deactivate row
         return pressed_keys

   # Game-related variables
   count = 0
   pointValue = 0
   upper = 99
   lower = 0

   def setup():
      """
      Setup function for initializing the keypad and LCD display.
      """
      global keypad, last_key_pressed, keys
      rowsPins = [18, 23, 24, 25]
      colsPins = [10, 22, 27, 17]
      keys = ["1", "2", "3", "A",
               "4", "5", "6", "B",
               "7", "8", "9", "C",
               "*", "0", "#", "D"]
      keypad = Keypad(rowsPins, colsPins, keys)
      last_key_pressed = []
      LCD1602.init(0x27, 1)  # Initialize LCD
      LCD1602.clear()
      LCD1602.write(0, 0, 'Welcome!')
      LCD1602.write(0, 1, 'Press A to Start!')

   def init_new_value():
      """
      Initialize a new target value and reset game parameters.
      """
      global pointValue, upper, lower, count
      pointValue = random.randint(0, 99)
      upper = 99
      lower = 0
      count = 0
      print('point is %d' % pointValue)

   def detect_point():
      """
      Check if the guessed number is the target, too high, or too low.
      :return: 1 if correct guess, 0 otherwise.
      """
      global count, upper, lower
      if count > pointValue and count < upper:
         upper = count
      elif count < pointValue and count > lower:
         lower = count
      elif count == pointValue:
         count = 0
         return 1
      count = 0
      return 0

   def lcd_show_input(result):
      """
      Display the current game state and results on the LCD.
      :param result: Result of the last guess (0 or 1).
      """
      LCD1602.clear()
      if result == 1:
         LCD1602.write(0, 1, 'You have got it!')
         sleep(5)
         init_new_value()
         lcd_show_input(0)
      else:
         LCD1602.write(0, 0, 'Enter number:')
         LCD1602.write(13, 0, str(count))
         LCD1602.write(0, 1, str(lower))
         LCD1602.write(3, 1, ' < Point < ')
         LCD1602.write(13, 1, str(upper))

   def loop():
      """
      Main game loop for handling keypad input and updating game state.
      """
      global keypad, last_key_pressed, count
      while True:
         result = 0
         pressed_keys = keypad.read()
         if pressed_keys and pressed_keys != last_key_pressed:
               if pressed_keys == ["A"]:
                  init_new_value()
                  lcd_show_input(0)
               elif pressed_keys == ["D"]:
                  result = detect_point()
                  lcd_show_input(result)
               elif pressed_keys[0] in keys:
                  if pressed_keys[0] in ["A", "B", "C", "D", "#", "*"]:
                     continue
                  count = count * 10 + int(pressed_keys[0])
                  if count >= 10:
                     result = detect_point()
                  lcd_show_input(result)
               print(pressed_keys)
         last_key_pressed = pressed_keys
         sleep(0.1)

   try:
      setup()
      loop()
   except KeyboardInterrupt:
      LCD1602.clear()  # Clear LCD on interrupt

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt importiert die notwendigen Klassen aus der GPIO Zero-Bibliothek, um digitale Ausgabegeräte und Tasten zu handhaben. Außerdem wird die sleep-Funktion aus dem time-Modul zum Einführen von Verzögerungen im Skriptablauf importiert. Die LCD1602-Bibliothek wird für die Bedienung des LCD-Displays importiert, was nützlich ist, um Text oder Datenausgaben anzuzeigen. Zusätzlich wird die random-Bibliothek eingefügt, die Funktionen zur Erzeugung zufälliger Zahlen bietet, was für verschiedene Aspekte des Projekts vorteilhaft sein kann.

   .. code-block:: python

      #!/usr/bin/env python3

      from gpiozero import DigitalOutputDevice, Button
      from time import sleep
      import LCD1602
      import random

#. Definiert eine Klasse für das Keypad, initialisiert es mit Zeilen- und Spaltenpins und definiert eine Methode zum Lesen gedrückter Tasten.

   .. code-block:: python

      class Keypad:
         def __init__(self, rows_pins, cols_pins, keys):
            """
            Initialize the keypad with specified row and column pins and key layout.
            :param rows_pins: List of GPIO pins for the rows.
            :param cols_pins: List of GPIO pins for the columns.
            :param keys: Layout of keys on the keypad.
            """
            self.rows = [DigitalOutputDevice(pin) for pin in rows_pins]  # Setup row pins
            self.cols = [Button(pin, pull_up=False) for pin in cols_pins]  # Setup column pins
            self.keys = keys  # Define keypad layout

         def read(self):
            """
            Read and return the currently pressed keys.
            :return: List of pressed keys.
            """
            pressed_keys = []
            for i, row in enumerate(self.rows):
                  row.on()  # Activate current row
                  for j, col in enumerate(self.cols):
                     if col.is_pressed:
                        index = i * len(self.cols) + j
                        pressed_keys.append(self.keys[index])  # Append pressed key
                  row.off()  # Deactivate row
            return pressed_keys

#. Initialisiert eine Variable „count“ als Null, möglicherweise verwendet, um Versuche oder spezifische Werte im Spiel zu verfolgen. Konfiguriert das Keypad und LCD-Display mit einer Begrüßungsnachricht und Anweisungen. Initialisiert die Variable „pointValue“ auf Null, möglicherweise repräsentiert sie einen Zielwert oder Punktestand im Spiel. Definiert eine „obere“ Grenze für das Spiel, zunächst auf 99 gesetzt, was das Maximum in einem Zahlenratespiel sein könnte. Setzt die „untere“ Grenze beginnend von Null, wahrscheinlich verwendet als minimale Grenze im Spiel.

   .. code-block:: python

      # Game-related variables
      count = 0
      pointValue = 0
      upper = 99
      lower = 0

#. Richtet das Keypad und LCD-Display ein, zeigt eine Begrüßungsnachricht und Anweisungen an.

   .. code-block:: python

      def setup():
         """
         Setup function for initializing the keypad and LCD display.
         """
         global keypad, last_key_pressed, keys
         rowsPins = [18, 23, 24, 25]
         colsPins = [10, 22, 27, 17]
         keys = ["1", "2", "3", "A",
                  "4", "5", "6", "B",
                  "7", "8", "9", "C",
                  "*", "0", "#", "D"]
         keypad = Keypad(rowsPins, colsPins, keys)
         last_key_pressed = []
         LCD1602.init(0x27, 1)  # Initialize LCD
         LCD1602.clear()
         LCD1602.write(0, 0, 'Welcome!')
         LCD1602.write(0, 1, 'Press A to Start!')

#. Initialisiert einen neuen Zielwert für das Spiel und setzt die Spielparameter zurück.

   .. code-block:: python

      def init_new_value():
         """
         Initialize a new target value and reset game parameters.
         """
         global pointValue, upper, lower, count
         pointValue = random.randint(0, 99)
         upper = 99
         lower = 0
         count = 0
         print('point is %d' % pointValue)


#. Überprüft, ob die geratene Zahl dem Ziel entspricht und aktualisiert entsprechend den Ratebereich.

   .. code-block:: python

      def detect_point():
         """
         Check if the guessed number is the target, too high, or too low.
         :return: 1 if correct guess, 0 otherwise.
         """
         global count, upper, lower
         if count > pointValue and count < upper:
            upper = count
         elif count < pointValue and count > lower:
            lower = count
         elif count == pointValue:
            count = 0
            return 1
         count = 0
         return 0

#. Zeigt den Spielstand auf dem LCD an, zeigt die aktuelle Vermutung, den Bereich und das Ergebnis.

   .. code-block:: python

      def lcd_show_input(result):
         """
         Display the current game state and results on the LCD.
         :param result: Result of the last guess (0 or 1).
         """
         LCD1602.clear()
         if result == 1:
            LCD1602.write(0, 1, 'You have got it!')
            sleep(5)
            init_new_value()
            lcd_show_input(0)
         else:
            LCD1602.write(0, 0, 'Enter number:')
            LCD1602.write(13, 0, str(count))
            LCD1602.write(0, 1, str(lower))
            LCD1602.write(3, 1, ' < Point < ')
            LCD1602.write(13, 1, str(upper))


#. Die Hauptschleife zur Handhabung der Keypad-Eingabe, Aktualisierung des Spielstands und Anzeige der Ergebnisse auf dem LCD.

   .. code-block:: python

      def loop():
         """
         Main game loop for handling keypad input and updating game state.
         """
         global keypad, last_key_pressed, count
         while True:
            result = 0
            pressed_keys = keypad.read()
            if pressed_keys and pressed_keys != last_key_pressed:
                  if pressed_keys == ["A"]:
                     init_new_value()
                     lcd_show_input(0)
                  elif pressed_keys == ["D"]:
                     result = detect_point()
                     lcd_show_input(result)
                  elif pressed_keys[0] in keys:
                     if pressed_keys[0] in ["A", "B", "C", "D", "#", "*"]:
                        continue
                     count = count * 10 + int(pressed_keys[0])
                     if count >= 10:
                        result = detect_point()
                     lcd_show_input(result)
                  print(pressed_keys)
            last_key_pressed = pressed_keys
            sleep(0.1)


#. Führt das Setup aus und tritt in die Hauptschleife ein, ermöglicht einen sauberen Ausstieg mit einem Tastaturinterrupt.

   .. code-block:: python

      try:
         setup()
         loop()
      except KeyboardInterrupt:
         LCD1602.clear()  # Clear LCD on interrupt