Raspberry Pi Pico: Zufallszahl generieren

Normalerweise erwarten wir von einem Computer, dass die selbe Eingabe auch immer die selbe Ausgabe produziert. Das etwas zufällig in einem Computer passiert ist eigentlich nicht gewünscht. Deshalb ist er so konstruiert, dass sich alle Zustände in einem Computer vorhersagen oder berechnen lassen. So ein Computer ist also eine richtige Spaßbremse.

Was machen wir, wenn doch mal etwas zufälliges erzeugt werden soll? Dafür gibt es spezielle Funktionen, die so etwas wie Zufall erzeugen können.

Im folgenden Aufbau wollen wir eine von insgesamt 7 Leuchtdioden zufällig leuchten lassen.

Im folgenden Aufbau wird der Mikrocontroller Raspberry Pi Pico verwendet. Zum Einstieg und erste Versuche empfehlen sich Erste Schritte mit dem Raspberry Pi Pico und Programmieren mit MicroPython.

Aufbau und Bauteile

Raspberry Pi Pico: Zufallszahl generieren

Hinweis: Beim Aufbauen der insgesamt 14 Bauteile wird es ziemlich eng auf dem Steckbrett zugehen. Es empfiehlt sich sehr umsichtig vorzugehen und zu prüfen, dass es keine ungewollten Verbindungen zwischen den GPIOs gibt.

R1: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R2: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R3: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R4: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R5: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R6: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
R7: Widerstand, 470 Ohm (Gelb-Violett-Schwarz-Schwarz)
LED1: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED2: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED3: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED4: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED5: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED6: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün
LED7: Leuchtdiode, rot, gelb oder grün

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Programmcode

Im Programmcode werden 7 GPIOs in einem Array ("[ ]") ausgewählt und als Ausgang initialisiert, die mit Leuchtdioden beschaltet sind. In einer Funktion wird wird eine zufällige Zahl zwischen 0 und 6 erzeugt und die mit dieser Zahl initialisierte Leuchtdiode zum Leuchten gebracht. Diese Funktion wird am Ende des Programmcodes aufgerufen.

# Bibliotheken laden
from machine import Pin
from random import randint 

# GPIOs für die Anzeige des Zufalls auswählen
GPIO = [19, 18, 17, 16, 13, 14, 15]
leds = len(GPIO)
led = [0] * leds

# Initialisierung der GPIOs als Ausgang
for i in range(leds):
    led[i] = Pin(GPIO[i], Pin.OUT, value=0)

# Funktion
def led_zufall():
    # LEDs ausschalten
    for i in range(leds):
        led[i].off()
    # Zufallszahl erzeugen (zwischen 0 und 6)
    rand = randint(0, leds-1)
    # LED aktivieren
    print('LED:', rand)
    led[rand].on()

led_zufall()

Wenn das Programm gestartet wurde und eine Leuchtdiode leuchtet, wird das Programm beendet. Wenn Du eine neue Zufallszahl haben möchtest, dann musst Du das Programm erneut starten.

Erweiterungen

Eine sinnvolle Erweiterung wäre, wenn das Drücken eines Tasters das Programm erneut ausführt und eine andere Leuchtdiode zufällig leuchten würde.
Der Programmcode ist so flexibel, dass sich die Anzahl der Zufallszahlen erhöhen und verringern lassen, in dem Du im Array GPIOs hinzufügst oder entfernst.

Programmcode mit Button

Hinweis: Geänderte, ersetzte bzw. hinzugefügte Zeilen sind fett markiert.

# Bibliotheken laden
from machine import Pin
from random import randint

# GPIO für Button
btn = Pin(20, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)

# GPIOs für die Anzeige des Zufalls auswählen
GPIO = [19, 18, 17, 16, 13, 14, 15]
leds = len(GPIO)
led = [0] * leds

# Initialisierung der GPIOs als Ausgang
for i in range(leds):
    led[i] = Pin(GPIO[i], Pin.OUT, value=0)

# Funktion
def led_zufall(pin):
    # LEDs ausschalten
    for i in range(leds):
        led[i].off()
    # Zufallszahl erzeugen (zwischen 0 und 6)
    rand = randint(0, leds-1)
    # LED aktivieren
    print('LED:', rand)
    led[rand].on()

btn.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=led_zufall)

Darf es ein bisschen mehr sein?

Der Programmcode mit der Zufallszahl lässt sich leicht zu einem elektronischen Würfel umbauen. Ohne Schaltungsänderung gleich loslegen.

Raspberry Pi Pico: Elektronischer Würfel

Highlights: Elektronik mit dem Raspberry Pi Pico

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Die Stärken des Raspberry Pi liegen klar in der Computer-Architektur mit typischen Computer-Schnittstellen und Möglichkeit zum Ausführen von Open-Source-Software für Linux.

Elektronik mit dem Raspberry Pi

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Taster: Entprellen und Zustände anzeigen
LED mit Taster einschalten und ausschalten
Ampel- und Lauflicht-Steuerung
Elektronischer Würfel
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