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GRobotikEinzelne LEDs und return-Statement

Lernziele

  • LEDs anstellen: Sie können LEDs gezielt ansteuern und mit for-Schleifen das Display füllen.
  • Funktionen und return: Sie haben Funktionen mit Parametern repetiert und können mit return die Ausführung einer Funktion beenden.
  • if ... elif ... else: Sie können mehrere Bedingungen mit and und or verknüpfen, und haben die if ... elif ... else-Verkettung repetiert.
  • Modulo-Operator %: Sie können den Modulo-Operator % verwenden, um den Rest einer Division zu berechnen oder in einer if-Selektion zu überprüfen.

Theorie

Design pattern: Funktion ausführen bis return

return kann nur innerhalb einer Funktion verwendet werden. Damit kann man dem Hauptprogramm einen Wert zurückgeben. Aber für dieses Design pattern viel wichtiger: Es beendet die Ausführung der Funktion.

So konnten wir in unserer Funktion fill() die LEDs füllen, bis die Summe der LEDs gleich gross war, wie die gewünschte Anzahl, und dann einfach die Funktion beenden.

def fill(nr, wartezeit):
    sum = 0
    for y in range(5):
        for x in range(5):
            if sum == nr:
                return
            display.set_pixel(x, y, 9)
            sum = sum + 1
            sleep(wartezeit)

LEDs auffüllen

Der Microbit hat ein 5x5 Screen mit insgesamt 25 LEDs, die wir mit microbit.display ansteuern können.

Aufgabe: Reihe auffüllen

Schreiben Sie ein Programm, bei dem man sieht, wie es die erste Reihe Pixel um Pixel auffüllt.

Lösung

	for x in range(5):
			display.set_pixel(x, 0, 9)
			sleep(500)

Aufgabe: Muster in Code nachmachen

Schreiben Sie das kürzest mögliche Programm, dass folgendes Muster zeichnet.

microbit-ledpattern-1.png

Lösung

from microbit import *

for x in range(1,4):
display.set_pixel(x,0, 9)

for y in range(2,4):
display.set_pixel(3,y, 9)

Aufgabe: Muster selbst zeichnen

Was für ein Muster generiert folgenden Code? Sagen Sie voraus, welche LEDs nach diesem Programm angestellt sein werden.

from microbit import *
 
for x in range(1,4):
    display.set_pixel(x, 1, 9)
 
for x in range(0,3):
    display.set_pixel(x, 2, 9)
 
for y in range(0,3):
    display.set_pixel(2, y, 0)

Lösung

microbit-ledpattern-2.png

Aufgabe: Gesamten Screen auffüllen

Erweitern Sie das Programm so, dass nicht nur die erste Reihe, sondern der gesamte Screen aufgefüllt wird.

Lösung

for y in range(5):
    for x in range(5):
		display.set_pixel(x, y, 9)
        sleep(500)

An Excalidraw image (light theme)

Erweiterung: Diagonale

Erweitern Sie das Programm so, dass die Pixel der Diagonale nicht angestellt werden - alle andern aber schon! 😊

Lösung

for y in range(5):
    for x in range(5):
        if not x == y:
            display.set_pixel(x, y, 9)
        sleep(500)

Aufgabe: Funktion fill

Jetzt lagern wir diese Funktionalität in eine Funktion aus. Das nennt man Refaktorierung: Ein bisschen wie bei Multiplikationen extrahieren wir einen Teil unsere Programms als “Faktor” in eine Funktion.

Schreiben Sie eine Funktion fill(nr, wartezeit), die die Anzahl nr LEDs auf dem Display auffüllt und zwischen den Pixeln immer wartezeit wartet. Also fill(7, 0) soll sofort das hier anzeigen:

hw-00-purpose-20240812074841.png

Tipp: Das return-Statement ist dazu da, Werte aus einer Funktion zurück ans Hauptprogramm zu übergeben. Hier werden Sie return aber nur gebrauchen, weil return die Funktion beendet.

Lösung

from microbit import *
 
def fill(anzahl, wartezeit):
    summe = 0
    for y in range(5):
        for x in range(5):
            display.set_pixel(x, y, 9)
            summe = summe + 1
            if summe == anzahl:
                return
            sleep(wartezeit)
 
fill(7, 500)

Aufgabe: Mit den Knöpfen A und B auffüllen

Erweitern Sie das Programm so, dass das Display nicht automatisch auffüllt, sondern dass man die Knöpfe A und B drücken kann, und dann jeweils ein LED mehr (Knopf B) oder weniger (Knopf A) anstellt. Achtung: Beachten Sie die “Edge-Cases” - d.h. die Randfälle, wenn Sie beispielsweise bereits keine (also 0) LEDs angestellt haben und nochmal A drücken.

Mögliche Lösungen

Eine Version ohne die “Edge-Cases”:

from microbit import *
 
def fill(anzahl, wartezeit):
    summe = 0
    display.clear()
    for y in range(5):
        for x in range(5):
            if summe == anzahl:
                return
            display.set_pixel(x, y, 9)
            summe = summe + 1
            sleep(wartezeit)
 
aktuelle_anzahl = 0
while True:
    if button_a.was_pressed():
        aktuelle_anzahl = aktuelle_anzahl - 1
        fill(aktuelle_anzahl, 0)
    if button_b.was_pressed():
        aktuelle_anzahl = aktuelle_anzahl + 1
        fill(aktuelle_anzahl, 0)

Eine Version, die die “Edge-Cases” berücksichtigt:

from microbit import *
 
def fill(anzahl, wartezeit):
    summe = 0
    display.clear()
    for y in range(5):
        for x in range(5):
            if summe == anzahl:
                return
            display.set_pixel(x, y, 9)
            summe = summe + 1
            sleep(wartezeit)
 
aktuelle_anzahl = 0
while True:
    if button_a.was_pressed() and aktuelle_anzahl > 0:
        aktuelle_anzahl = aktuelle_anzahl - 1
        fill(aktuelle_anzahl, 0)
    if button_b.was_pressed() and aktuelle_anzahl <= 24:
        aktuelle_anzahl = aktuelle_anzahl + 1
        fill(aktuelle_anzahl, 0)

Knacknuss: LEDs wieder abstellen

Modifizieren Sie die Funktion fill() so, dass die LEDs auch wieder der Reihe nach abstellen (das letzte LED .

Aufgabe: Mehrere Bedingungen überprüfen

Schreiben Sie ein Programm, dass im Sekundentakt von 1 bis 25 hoch zählt.

  • Falls die aktuelle Zahl restlos sowie durch Drei und durch Vier teilbar ist, zeigen Sie ein Herz auf dem Display an.
  • Falls die aktuelle Zahl restlos durch Drei teilbar ist, aber nicht durch Vier, zeigen Sie das Bild CLOCK3 auf dem Display an.
  • Falls die aktuelle Zahl restlos durch Vier teilbar ist, aber nicht durch Drei, zeigen Sie das Bild CLOCK4 auf dem DIsplay an.
  • Ansonsten nutzen Sie Ihre fill()-Funktion, um die aktuelle Anzahl LEDs ohne Verzögerung anzustellen.

Diese Aufgabe ist von einem Lernvideo inspiriert. Den Rest einer Division können Sie mit dem “Modulo”-Operator % berechnen.

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Run


Knacknuss: “Kitt, I need you pal!”


In den 1980ern und 1990ern waren viele aus dem Häuschen wegen einer Serie, in der ein junger Schönling mit seinem schwarzen, künstlich-intelligenten Auto für Gerechtigkeit kämpft. Die Rede ist von “Knight Rider” mit David Hasselhoff. Zu Ihrer Belustigung, hier ein Trailer:


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Jetzt wollen Sie natürlich Ihren Microbit genau so cool machen wie K.I.T.T., das intelligente Auto… Beginnen wir also ganz vorne: Machen Sie die Animation der roten Lichter in K.I.T.T.s Kühlerhaube mit Ihrem Microbit nach.




 Mögliche Lösung


from microbit import *
 
def kitt(x):
 
    # Alle bestehenden LEDs um 1 dimmen
    for i in range(5):
        neue_helligkeit = display.get_pixel(i, 0) - 1
        if neue_helligkeit < 0:
            neue_helligkeit = 0
        display.set_pixel(i, 0, neue_helligkeit)
        
	# Ein aktuelles LED ganz anstellen
    display.set_pixel(x, 0, 9)
    sleep(200)
    
 
while True:
	# Von links nach rechts
    for i in range(5):
        kitt(i)
	# Von rechts nach links
    for i in range(4, -1, -1):
        kitt(i)


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