.. note::

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.. _4.1.18_py_pi5:

4.1.15 SPIEL - 10 Sekunden
====================================

Einführung
-------------------

Begleiten Sie mich nun, um ein Spielgerät zu bauen, das Ihre Konzentration herausfordert. Binden Sie den Neigungsschalter an einen Stab, um einen Zauberstab zu erstellen. Schütteln Sie den Zauberstab, beginnt die 4-stellige Segmentanzeige zu zählen, ein erneutes Schütteln stoppt die Zählung. Wenn es Ihnen gelingt, die angezeigte Zählung bei **10,00** zu halten, dann gewinnen Sie. Sie können dieses Spiel mit Ihren Freunden spielen, um zu sehen, wer der Zeitzauberer ist.

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

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.18_game_10_second_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_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|
    *   - :ref:`cpn_tilt_switch`
        - \-

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

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.18_game_10_second_schematic.png
   :align: center

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

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

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.18_game_10_second_circuit.png

**Schritt 2**: Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Schritt 3**: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.18_GAME_10Second_zero.py

Schütteln Sie den Zauberstab, beginnt die 4-stellige Segmentanzeige zu zählen, ein weiteres Schütteln stoppt die Zählung. Wenn es Ihnen gelingt, die angezeigte Zählung bei **10,00** zu halten, dann gewinnen Sie. Schütteln Sie ihn noch einmal, um die nächste Runde des Spiels zu starten.

.. warning::

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

**Code**

.. note::
    Sie können den untenstehenden Code **Modifizieren/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**. Aber davor müssen Sie zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` wechseln. Nachdem Sie den Code modifiziert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    from gpiozero import OutputDevice, Button
    import time
    import threading

    # Initialize the button connected to GPIO 26
    sensorPin = Button(26)

    # Define GPIO pins connected to the 74HC595 shift register
    SDI = OutputDevice(24)   # Serial Data Input
    RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
    SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock

    # Define GPIO pins for digit selection on the 7-segment display
    placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

    # Define segment codes for numbers 0 to 9 on the 7-segment display
    number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

    # Counter and timer variables
    counter = 0
    timer1 = None
    gameState = 0

    def clearDisplay():
        """ Clear all segments on the 7-segment display. """
        for _ in range(8):
            SDI.on()
            SRCLK.on()
            SRCLK.off()
        RCLK.on()
        RCLK.off()

    def hc595_shift(data):
        """ Shift data to the 74HC595 shift register to display a digit. """
        for i in range(8):
            SDI.value = 0x80 & (data << i)
            SRCLK.on()
            SRCLK.off()
        RCLK.on()
        RCLK.off()

    def pickDigit(digit):
        """ Select which digit to display on the 7-segment display. """
        for pin in placePin:
            pin.off()
        placePin[digit].on()

    def display():
        """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
        global counter
        clearDisplay()
        pickDigit(0)
        hc595_shift(number[counter % 10])

        clearDisplay()
        pickDigit(1)
        hc595_shift(number[counter % 100 // 10])

        clearDisplay()
        pickDigit(2)
        hc595_shift(number[counter % 1000 // 100] - 0x80)

        clearDisplay()
        pickDigit(3)
        hc595_shift(number[counter % 10000 // 1000])

    def stateChange():
        """ Handle state changes for the counter based on button presses. """
        global gameState, counter, timer1
        if gameState == 0:
            counter = 0
            time.sleep(1)
            timer()
        elif gameState == 1 and timer1 is not None:
            timer1.cancel()
            time.sleep(1)
        gameState = (gameState + 1) % 2

    def loop():
        """ Main loop to check for button presses and update the display. """
        global counter
        currentState = 0
        lastState = 0
        while True:
            display()
            currentState = sensorPin.value
            if (currentState == 0) and (lastState == 1):
                stateChange()
            lastState = currentState

    def timer():
        """ Timer function that increments the counter every 0.01 second. """
        global counter, timer1
        timer1 = threading.Timer(0.01, timer)
        timer1.start()
        counter += 1

    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        if timer1:
            timer1.cancel()

**Code-Erklärung**

#. Das Skript beginnt mit dem Importieren der notwendigen Module. Die Bibliothek ``gpiozero`` wird verwendet, um mit GPIO-Geräten wie Tasten zu interagieren, und die Module ``time`` und ``threading`` können für zeitbezogene Aufgaben oder parallele Operationen verwendet werden.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       from gpiozero import OutputDevice, Button
       import time
       import threading

#. Initialisiert ein ``Button``-Objekt aus der GPIO Zero-Bibliothek, das mit dem GPIO-Pin 26 verbunden ist. Diese Einrichtung ermöglicht die Erkennung von Tastendrücken.

   .. code-block:: python

       # Initialize the button connected to GPIO 26
       sensorPin = Button(26)

#. Initialisiert GPIO-Pins, die mit dem Schieberegisters Serial Data Input (SDI), Register Clock Input (RCLK) und Shift Register Clock Input (SRCLK) verbunden sind.

   .. code-block:: python

       # Define GPIO pins connected to the 74HC595 shift register
       SDI = OutputDevice(24)   # Serial Data Input
       RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
       SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock

#. Initialisiert die Pins für jede Ziffer der 7-Segment-Anzeige und definiert die Binärcodes für die Anzeige der Zahlen 0-9.

   .. code-block:: python

       # Define GPIO pins for digit selection on the 7-segment display
       placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

       # Define segment codes for numbers 0 to 9 on the 7-segment display
       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. Funktionen zur Steuerung der 7-Segment-Anzeige. ``clearDisplay`` schaltet alle Segmente aus, ``hc595_shift`` verschiebt Daten in das Schieberegister und ``pickDigit`` aktiviert eine bestimmte Ziffer auf der Anzeige.

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           """ Clear all segments on the 7-segment display. """
           for _ in range(8):
               SDI.on()
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()

       def hc595_shift(data):
           """ Shift data to the 74HC595 shift register to display a digit. """
           for i in range(8):
               SDI.value = 0x80 & (data << i)
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()

       def pickDigit(digit):
           """ Select which digit to display on the 7-segment display. """
           for pin in placePin:
               pin.off()
           placePin[digit].on()

#. Funktion zur Anzeige des aktuellen Werts des Zählers auf der 7-Segment-Anzeige.

   .. code-block:: python

       def display():
           """ Display the current counter value on the 7-segment display. """
           global counter
           clearDisplay()
           pickDigit(0)
           hc595_shift(number[counter % 10])

           clearDisplay()
           pickDigit(1)
           hc595_shift(number[counter % 100 // 10])

           clearDisplay()
           pickDigit(2)
           hc595_shift(number[counter % 1000 // 100] - 0x80)

           clearDisplay()
           pickDigit(3)
           hc595_shift(number[counter % 10000 // 1000])

#. Funktion zur Handhabung von Zustandsänderungen (Start/Stopp) des Zählers basierend auf Tastendrücken.

   .. code-block:: python

       def stateChange():
           """ Handle state changes for the counter based on button presses. """
           global gameState, counter, timer1
           if gameState == 0:
               counter = 0
               time.sleep(1)
               timer()
           elif gameState == 1 und timer1 ist nicht None:
               timer1.cancel()
               time.sleep(1)
           gameState = (gameState + 1) % 2

#. Hauptschleife, die kontinuierlich den Zustand der Taste überprüft und die Anzeige aktualisiert. Ruft ``stateChange`` auf, wenn sich der Zustand der Taste ändert.

   .. code-block:: python

       def loop():
           """ Main loop to check for button presses and update the display. """
           global counter
           currentState = 0
           lastState = 0
           while True:
               display()
               currentState = sensorPin.value
               if (currentState == 0) und (lastState == 1):
                   stateChange()
               lastState = currentState

#. Timer-Funktion, die den Zähler in regelmäßigen Abständen (alle 0,01 Sekunden) erhöht.

   .. code-block:: python

       def timer():
           """ Timer function that increments the counter every 0.01 second. """
           global counter, timer1
           timer1 = threading.Timer(0.01, timer)
           timer1.start()
           counter += 1

#. Führt die Hauptschleife aus und ermöglicht einen sauberen Ausstieg aus dem Programm mit einem Tastaturinterrupt (Ctrl+C).

   .. code-block:: python

       try:
           loop()
       except KeyboardInterrupt:
           if timer1:
               timer1.cancel()