mp_resp_game [电子森林]

使用一个LED和按钮创建一个简单的反应计时游戏，可以供一个人玩，也可以两个人一起玩。

微控制器不仅出现在工业设备中，还为家庭中的许多电子产品提供动力，包括玩具和游戏。在本章中，我们将设计一款简单的反应时间测试游戏，看看你的朋友中谁会在灯熄灭的一瞬间能最快点击按键。

对反应时间的研究被称为心理计时法，虽然这是一门硬科学，它也是许多基于技能的游戏的基础，包括你即将创建的游戏。你的反应时间 - 你的大脑来响应并判断、发送信号去执行的过程，以毫秒计，人类的平均反应时间大约是200-250毫秒, 但有些人喜欢得更快的反应时间, 给他们一个真正的优势在游戏中!

对于这个项目，你需要用到你的Pico核心板、学习板上任何颜色的LED，一个或两个按键开关。

在这个游戏的程序中，使用学习板上的一颗LED作为输出设备，取代了你通常在游戏机上使用的电视；使用学习板上的一个按键进行控制，而你的Pico是游戏主机，尽管比你通常看到的要小得多!

现在你需要真正地编写游戏。像往常一样，将你的Pico连接到你的树莓派或其他电脑，并加载Thonny、创建一个新程序、并通过导入machine库来启动它，这样你就可以控制你的Pico的GPIO引脚:

import machine

你还需要utime库:

import utime

此外，你将需要一个新的库:urandom，它是一个创建随机数的库，它在这个游戏中是一个关键的部分，使得游戏更有趣，并使用在这个游戏中，以防止玩家谁已经玩它之前简单地倒数固定的秒点击运行按钮。

接下来，设置一个按下的变量为False(稍后详细介绍)，并设置您正在使用的两个引脚:

用于LED的GP16（黄色的LED）
用于按钮开关的GP12

pressed = False
led = machine.Pin(16, machine.Pin.OUT)
button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)

在前面的章节中，我们已经学会如何在主程序或单独的线程中处理按键的响应。不过，这一次我们将采用一种不同的、更灵活的方法 - 中断请求(IRQs)。这个名字听起来很复杂，但其实很简单，想象你正在一页一页地读一本书，有人走到你面前问你一个问题。这个人正在执行一个中断请求: 要求你停止正在做的事情，回答他们的问题，然后让你回去读你的书。

MicroPython中断请求以完全相同的方式工作，它允许某些东西中断主程序，在本例中是按下一个按钮开关。在某些方面，它类似于一个线程，因为有一段代码位于主程序之外。不过，与线程不同的是代码不会持续运行，它只在触发中断时运行。

首先为中断定义一个处理程序，这被称为回调函数，是中断触发时运行的代码。与任何类型的嵌套代码一样，处理程序的代码——第一行之后的所有代码——每一层都需要缩进四个空格，Thonny会自动为你做这件事。

def button_handler(pin): 
    global pressed
    if not pressed: 
        pressed=True
        print(pin)

这个处理程序首先检查被按下的变量的状态，然后将其设置为True以忽略进一步的按键按压(从而结束游戏)。然后输出有关触发中断的引脚的信息。这不是太重要的时刻，你只有一个引脚配置为一个输入，GP12，所以中断将总是来自那个引脚，但让你测试你的中断很容易。

继续下面的程序，记住删除Thonny自动创建的缩进，以下代码不是处理程序的一部分:

led.value(0) 
utime.sleep(urandom.uniform(5, 10)) 
led.value(1)

这段代码对你来说马上就很熟悉了:

第一行将连接到GP16引脚的LED打开；
下一行暂停了程序；
最后一行再次关闭LED，这是给玩家的信号，该按按键了。

不是使用固定的延迟，它利用urandom库暂停程序5到10秒之间-“均匀”部分指的是这两个数字之间的均匀分布。

不过，目前还没有什么东西等着按下按钮。你需要设置中断，通过在你的程序底部输入以下行:

button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

设置一个中断需要两个东西:触发器和处理程序。触发器告诉你的Pico它应该寻找一个有效的信号来中断它正在做的事情，我们在前面的程序中定义的处理程序是触发中断后运行的代码。在这个程序中，我们的触发信号为IRQ_FALLING，这意味着中断被触发时，引脚的值从高（由于内部上拉电阻的作用，默认状态为高电平）到低，当连接到“地”的按钮被按下，

IRQ_RISING的触发信号会做相反的事情，当引脚从低到高时触发中断。

在我们的电路中，一旦按下按键，IRQFALLING将被触发, IRQRISING只在按钮被释放时触发。

中断申请的上升沿和下降沿

如果你需要编写一个触发中断的程序，无论管脚信号是上升还是下降都可以触发，你可以使用管道或竖条符号( | )来组合这两个触发信号:

button.irq(trigger= machine.Pin.IRQ_RISING | machine.Pin.IRQ_FALLING,handler = button_handler)

你的程序应该是这样的：

import machine 
import utime 
import urandom
 
pressed = False
led = machine.Pin(16, machine.Pin.OUT)
button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)
 
def button_handler(pin): 
    global pressed
    if not pressed: 
        pressed=True
        print(pin)
led.value(0)
utime.sleep(urandom.uniform(5, 10))
led.value(1)
button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

单击“运行”按钮并将程序作为Reaction_Game.py 保存到您的Pico。您会看到LED亮起：这是您的手指放在按钮上准备就绪的信号。

当LED熄灭时，尽快按下按钮。

当您按下按钮时，它会触发您之前编写的处理程序代码。查看Shell区域：您会看到Pico打印了一条消息，确认中断是由引脚GP16触发的。您还将看到另一个详细信息：mode=IN告诉您该引脚已配置为输入。不过，这条信息对游戏的意义不大：为此，您需要一种方法来计时玩家的反应速度。首先从按钮处理程序中删除行 print(pin) - 您不再需要它了。

转到程序底部并添加一个新行，就在设置中断的位置上方：

timer_start = utime.ticks_ms()

这将创建一个名为timer_start的新变量，

并用utime.ticks_ms()函数的输出填充它，该函数计算自utime库开始计数以来经过的毫秒数。这提供了一个参考点：刚好在LED熄灭之后和就在中断触发器准备好读取按钮按下之前的时间。

接下来，返回按键处理程序并添加以下两行，记住它们需要缩进四个空格，以便MicroPython知道它们构成嵌套代码的一部分：

timer_reaction = utime.ticks_diff(utime.ticks_ms(), timer_start)
print("Your reaction time was " + str(timer_reaction) + " milliseconds!")

第一行创建了另一个变量，这次是实际触发中断的时间——换句话说，当你按下按键时。不过，它不是像以前那样简单地从utime.ticksms()读取数据，而是使用 utime.ticksdiff()一个函数它提供了触发这行代码的时间与变量timer_start中保存的参考点之间的差异。

第二行打印结果，但使用连接来很好地格式化它。文本或字符串的第一位告诉用户后面的数字是什么意思； + 表示接下来的任何内容都应该与该字符串一起打印。在这种情况下，接下来是内容timer_reaction 变量 - 以毫秒为单位获取计时器参考点与按下按钮并触发中断之间的差异。

最后，最后一行再连接一个字符串，这样用户就知道这个数字是以毫秒为单位测量的，而不是其他一些单位，如秒或微秒。注意间距：你会看到'was'之后和第一个字符串的结束引号之前有一个尾随空格，第二个字符串的开引号之后和'milliseconds'这个词之前有一个前导空格。如果没有这些，连接的字符串将打印类似“您的反应时间为323毫秒”的内容。

你的程序现在应该是这样的：

import machine 
import utime 
import urandom
pressed = False
 
led = machine.Pin(16, machine.Pin.OUT)
button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)
def button_handler(pin): 
    global pressed
    if not pressed: 
        pressed=True
        timer_reaction = utime.ticks_diff(utime.ticks_ms(), timer_start)
        print("Your reaction time was " + str(timer_reaction) + " milliseconds!")
led.value(0)
utime.sleep(urandom.uniform(5, 10))
led.value(1)
timer_start = utime.ticks_ms() 
button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

挑战：定制

你能调整你的游戏让LED保持点亮更长时间吗？保持点亮的时间更短怎么办？您能否个性化打印到Shell区域的消息，并添加第二条祝贺玩家的消息？

再次单击运行按钮，等待LED熄灭，然后按下按钮。这一次，您将看到一条信息，告诉您按下按钮的速度，而不是有关触发中断的引脚的报告 - 测量您的反应时间。再次单击“运行”按钮，看看这次您是否可以更快地按下按钮 - 在这个游戏中，你要争取尽可能低的分数！

单人游戏很有趣，但让您的朋友参与进来就更好了。您可以先邀请他们玩您的游戏，然后比较您的高分（或者说低分），看看谁的反应时间最快。然后，您可以修改您的游戏，让您进行正面交锋！

我们需要另外的一个按钮，返回到您在Thonny中的程序，找到您设置第一个按钮的位置。在这一行的正下方，添加：

right_button = machine.Pin(13, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)

修改一下前面的代码，让先前的按键跟这个按键的命名一致起来：

left_button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)

您也需要在程序的其它地方进行相同的更改。滚动到底部，我们的代码并将设置中断触发器的行更改为：

left_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

在其下方添加另一行以在新按钮上设置中断触发器：

right_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

你的程序现在应该是这样的：

import machine 
import utime 
import urandom
pressed = False
 
led = machine.Pin(16, machine.Pin.OUT)
left_button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) 
right_button = machine.Pin(13, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)
 
def button_handler(pin): 
    global pressed
    if not pressed: 
        pressed=True
        timer_reaction = utime.ticks_diff(utime.ticks_ms(), timer_start)
        print("Your reaction time was " + str(timer_reaction) + " milliseconds!")
led.value(0)
utime.sleep(urandom.uniform(5, 10))
led.value(1)
timer_start = utime.ticks_ms() 
right_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler) 
left_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)

中断和处理程序

您创建的每个中断都需要一个处理程序，但一个处理程序可以处理任意数量的中断。在这个程序的情况下，你有两个中断都进入同一个处理程序——这意味着无论哪个中断触发，它们都会运行相同的代码。一个不同的程序可能有两个处理程序，让每个中断运行不同的代码——这完全取决于你需要你的程序做什么。

单击“运行”图标，等待LED熄灭，然后按下左侧的按钮开关：您将看到游戏与以前相同，将您的反应时间打印到Shell区域。再次单击“运行”图标，但这次当LED熄灭时，按右侧按钮：游戏将正常运行，正常打印您的反应时间。

为了让游戏更刺激一点，你可以让它报告两个玩家中的哪一个是第一个按下按钮的。返回程序顶部，就在您设置LED和两个按钮的下方，并添加以下内容：

fastest_button = None

这会设置一个新变量，fastest_button，并将其初始值设置为None，因为还没有按下任何按钮。接下来，转到按钮处理程序的底部并删除处理计时器和打印的两行 - 然后将它们替换为：

global fastest_button 
fastest_button = pin

请记住，这些行需要缩进四个空格，以便MicroPython知道它们是函数的一部分。这两行允许你的函数改变，而不是仅仅读取，fastest_button变量，并将它设置为包含触发中断的引脚的详细信息，你的游戏在本章前面打印到Shell区域的相同细节，包括触发引脚的编号。现在转到程序的底部，并添加以下两行：

while fastest_button is None: 
    utime.sleep(1)

这会创建一个循环，但它不是一个无限循环：在这里，您已经告诉MicroPython 只有当fast_button变量仍然为零时才在循环中运行代码 - 这是在程序开始时初始化的值。实际上，这会暂停程序的主线程，直到中断处理程序更改变量的值。如果两个玩家都没有按下按钮，程序将简单地暂停。最后，您需要一种方法来确定哪位玩家获胜并祝贺他们。在程序底部键入以下内容，确保删除Thonny在第一行为您创建的四个空格缩进——这些行不构成循环的一部分：

if fastest_button is left_button: 
    print("Left Player wins!")
elif fastest_button is right_button: 
    print("Right Player wins!")

第一行设置了一个“if”条件，它查看fastestbutton变量是否is leftbutton - 表示IRQ是由左侧按钮触发的。如果是这样，它将打印一条消息——下面的行缩进四个空格，以便MicroPython知道只有在条件为真时才应该运行它——祝贺左手玩家，其按钮连接到GP12。

下一行不应缩进，将条件扩展为“elif”——“else if”的缩写，表示“如果第一个条件不为真，请检查下一个条件”。这次它查看fastestbutton变量是否为rightbutton ——如果是，则打印一条消息祝贺右手玩家，其按钮连接到GP13。

您完成的程序应如下所示：

import machine 
import utime 
import urandom
 
pressed = False
led = machine.Pin(16, machine.Pin.OUT)
left_button = machine.Pin(12, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) 
right_button = machine.Pin(13, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) 
fastest_button = None
 
def button_handler(pin): 
    global pressed
    if not pressed: 
        pressed=True
        global fastest_button 
        fastest_button = pin
 
led.value(0)
utime.sleep(urandom.uniform(5, 10))
led.value(1)
timer_start = utime.ticks_ms() 
left_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler) 
right_button.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=button_handler)
 
while fastest_button is None: 
    utime.sleep(1)
if fastest_button is left_button: 
    print("Left Player wins!")
elif fastest_button is right_button: 
    print("Right Player wins!")

按下运行按钮并等待LED熄灭，但现在不要按下任何一个按钮开关。您会看到Shell区域保持空白，并且没有带回»›提示符；那是因为主线程仍在运行，位于您创建的循环中。

现在按下连接到引脚GP12的左侧按钮。您会看到一条祝贺您打印到Shell的消息——您的左手是赢家！再次单击运行并尝试推送 LED熄灭后右侧的按钮：您会看到另一条消息打印出来，这次是祝贺您的右手。再次单击“运行”，这一次将一根手指放在每个按钮上：同时按下它们，看看你的右手还是左手更快！

现在您已经创建了一个两人游戏，您可以邀请您的朋友一起玩，看看你们中谁的反应时间最快！

挑战：时序

你能修改打印的消息吗？
可以加第三个按钮，让三个人同时玩吗？
有没有上限，您可以添加多少个按钮？
您能否将计时器重新添加到您的程序中，以便告诉获胜玩家他们的反应时间有多快？

这是本文档旧的修订版！

反应时间测试

1. 单人游戏

2. 两人游戏

电子森林

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反应时间测试

1. 单人游戏

2. 两人游戏

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