#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>

// ======== 圖案資料區 ========

// 初始箭頭圖案（向右箭頭）
const uint8_t arrow_right[8] = {
  0b00001000,
  0b00001100,
  0b00001110,
  0b01111111,
  0b01111111,
  0b00001110,
  0b00001100,
  0b00001000
};

// 可變圖案工作區 (pattern[])
volatile uint8_t pattern[8];

// ======== 全域變數區 ========

volatile uint8_t current_row = 0;     // 掃描行 (0~7)
volatile uint16_t shiftCounter = 0;   // 跑馬燈移動速度計數
volatile uint16_t shiftLimit = 300;   // 跑馬燈移動速度設定
volatile uint8_t direction = 1;       // 0=LEFT, 1=RIGHT, 2=UP, 3=DOWN
volatile uint8_t speed = 0;
volatile bool button_pressed = false; // 外部中斷旗標，記錄是否按鈕被按下

volatile uint16_t adc_result[3] = {512, 512, 0}; // Joycon X/Y 軸 ADC 結果 以及可變
volatile uint8_t adc_channel = 2;             // ADC 通道切換

volatile bool shiftFlag = false;    // **跑馬燈移動旗標**（ISR 設 flag，主程式處理）

volatile int count = 0;
// ======== SPI 初始化 ========
void SPI_init() {
  DDRB |= (1 << PB2) | (1 << PB3) | (1 << PB5); // SS, MOSI, SCK → 輸出
  SPCR = (1 << SPE) | (1 << MSTR) | (1 << SPR0); // 啟用 SPI 主模式, F_CPU/16
}

// ======== SPI 傳送 1 byte ========
void SPI_send(uint8_t data) {
  SPDR = data;
  while (!(SPSR & (1 << SPIF)));
}

// ======== Latch 更新 ========
void latch() {
  PORTB &= ~(1 << PB2);
  PORTB |= (1 << PB2);
}

// ======== 更新 8x8 矩陣掃描行 ========
void updateMatrix() {
  uint8_t row_data = ~(1 << current_row);       // 共陰極 → 行需反相
  uint8_t col_data = pattern[current_row];       // 共陰極 → 列直接輸出
  PORTB &= ~(1 << PB2);                         // SS = LOW，開始傳輸
  //SPCR &= ~(1 << DORD);                         // MSB first
  SPI_send(row_data);                           // 傳送行資料
  //SPCR |= (1 << DORD);                          // LSB first
  SPI_send(col_data);                           // 傳送列資料
  PORTB |= (1 << PB2);                          // SS = HIGH，鎖存資料
  current_row = (current_row + 1) % 8;          // 換下一列
}

// ======== 圖案移動邏輯 (跑馬燈效果) ========
void shiftPattern() {
  if (direction == 0) { // LEFT
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
      pattern[i] = (pattern[i] << 1) | (pattern[i] >> 7);
    }
  } else if (direction == 1) { // RIGHT
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
      pattern[i] = (pattern[i] >> 1) | (pattern[i] << 7);
    }
  } else if (direction == 2) { // UP
    uint8_t temp = pattern[0];
    for (uint8_t i = 0; i < 7; i++) {
      pattern[i] = pattern[i + 1];
    }
    pattern[7] = temp;
  } else if (direction == 3) { // DOWN
    uint8_t temp = pattern[7];
    for (int8_t i = 7; i > 0; i--) {
      pattern[i] = pattern[i - 1];
    }
    pattern[0] = temp;
  }
}

// ======== Timer1 初始化 (CTC 模式) ========
void Timer1_init() {
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = (1 << WGM12) | (1 << CS12); // CTC 模式 + 預除頻 256
  OCR1A = 50;                      // 掃描速度
  TIMSK1 = (1 << OCIE1A);           // 啟用比較中斷
}

// ======== ADC 初始化 ========
void ADC_init() {
  ADMUX = (1 << REFS0); // 參考電壓 AVCC
  ADCSRA = (1 << ADEN) | (1 << ADIE) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1); // 分頻 64, 啟用中斷
}

// ======== ADC 啟動轉換 ========
void ADC_start() {
  ADMUX = (ADMUX & 0xF0) | (adc_channel & 0x0F); // 選通道
  ADCSRA |= (1 << ADSC); // 開始轉換
}

// ======== Timer1 中斷 ISR ========
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  updateMatrix();  // 每次中斷掃描 1 行

  // 只設 shiftFlag，不直接做 shiftPattern()
  shiftCounter++;
  if (shiftCounter >= shiftLimit) {
    shiftCounter = 0;
    shiftFlag = true; // 設置 flag，主程式處理
  }
  ADC_start(); // 啟動下一次 ADC
}

// ======== ADC 完成 ISR ========
ISR(ADC_vect) {
  adc_result[adc_channel] = ADC;
  adc_channel = (adc_channel + 1) % 3;
  OCR2B = adc_result[2] >> 2;         // 0~1023 → 0~255，更新 PWM duty
}

// ======== 方向判斷 (Joycon X/Y 軸) ========
void directionControl() {
  if (adc_result[0] < 300) {
    direction = 0; // LEFT
  } else if (adc_result[0] > 700) {
    direction = 1; // RIGHT
  } else if (adc_result[1] > 700) {
    direction = 2; // UP
  } else if (adc_result[1] < 300) {
    direction = 3; // DOWN
  }
}

// ======== 速度調整 (Joycon X 軸) ========
void speedControl() {
  if(speed == 0){
    shiftLimit = 50;
  }
  if(speed == 1){
    shiftLimit = 250;
  }
  if(speed == 2){
    shiftLimit = 500;
  }
  if (button_pressed) {
    button_pressed = false;
    speed = ( speed + 1 ) % 3;
  }
}

// ======== 跑馬燈移動控制 (loop 裡呼叫) ========
void shiftPatternControl() {
  if (shiftFlag) {
    shiftFlag = false; // 清除 flag
    shiftPattern();    // 執行圖案移動
  }
}

// 外部中斷 INT0：記錄按鈕被按下的事件
ISR(INT0_vect) {
  _delay_ms(20); // 防彈跳延遲
  button_pressed = true;
}

// ======================== Timer2 PWM 亮度控制 ========================
void Timer2_PWM_init() {
  DDRD |= (1 << PD3);                           // OC2B (PD3) 為輸出腳，接第二顆 595 的 /OE
  TCCR2A = (1 << WGM20) | (1 << WGM21) | (1 << COM2B1); // Fast PWM, 非反向
  TCCR2B = (1 << CS22);                         // 預除頻 64（~976Hz）
  OCR2B = 127;                              // 初始亮度 50%
}

// INT0 初始化：設定下降緣觸發中斷，開啟內部上拉電阻
void INT0_init() {
    EICRA |= (1 << ISC01);
    EIMSK |= (1 << INT0);
    DDRD &= ~(1 << PD2);
    PORTD |= (1 << PD2);
}

// ======== setup 初始化 ========
void setup() {
  SPI_init();
  Timer1_init();
  ADC_init();
  INT0_init();
  Timer2_PWM_init();

  // 初始化圖案 → 複製 arrow_right 到 pattern[]
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    pattern[i] = arrow_right[i];
  }
  sei(); // 啟用全域中斷
}

// ======== 主程式 loop ========
void loop() {
  directionControl();       // 更新方向
  shiftPatternControl();    // 處理跑馬燈移動
  speedControl();           // 更新速度
}