# 9-3-1.py 類比信號控制 - 電位器調節RGB LED亮度
# 目的：使用電位器和按鈕控制RGB LED，具有彩虹、暖色和冷色三種模式。
from machine import Pin, PWM, ADC
import time
import math # 由於 rainbow_mode 會使用 math.sin，所以保留

# --- 範例引腳定義 (請根據您的實際 MicroPython 開發板和接線調整) ---
# 這些引腳設定適用於常見的 Pico 開發板，請根據您的具體接線調整。
GREEN_LED_PIN = 2         # GP2 -> 綠色LED的PWM輸出
RED_LED_PIN = 3           # GP3 -> 紅色LED的PWM輸出
BLUE_LED_PIN = 4          # GP4 -> 藍色LED的PWM輸出
POTENTIOMETER_PIN = 26    # GP26 -> ADC0，用於接收電位器類比訊號
MODE_BUTTON_PIN = 0       # GP0 -> 模式切換按鈕，配置為下拉輸入

class RGBController:
    """
    基礎的RGB LED控制器，處理LED的PWM輸出和電位器的類比輸入。
    """
    def __init__(self, red_pin: int, green_pin: int, blue_pin: int, pot_pin: int):
        """
        初始化RGB控制器。
        Args:
            red_pin (int): 紅色LED連接的GPIO引腳號碼。
            green_pin (int): 綠色LED連接的GPIO引腳號碼。
            blue_pin (int): 藍色LED連接的GPIO引腳號碼。
            pot_pin (int): 電位器連接的ADC引腳號碼。
        """
        # 初始化ADC讀取電位器值
        self.potentiometer = ADC(pot_pin)

        # 初始化RGB LED的PWM引腳
        self.red = PWM(Pin(red_pin))
        self.green = PWM(Pin(green_pin))
        self.blue = PWM(Pin(blue_pin))
      
        # 設定PWM頻率 (常用1000Hz或更高，避免人眼識別閃爍)
        self.red.freq(1000)
        self.green.freq(1000)
        self.blue.freq(1000)
      
        # MicroPython的read_u16()和duty_u16()都使用0-65535的16位元範圍
        self.pwm_range = 65535 

    def read_potentiometer(self) -> int:
        """
        讀取電位器原始值。
        Returns:
            int: 0-65535 範圍內的16位元電位器讀值。
        """
        return self.potentiometer.read_u16()

    def set_rgb(self, r: int, g: int, b: int):
        """
        設定RGB LED的各顏色亮度。
        Args:
            r (int): 紅色亮度值 (0-65535)。
            g (int): 綠色亮度值 (0-65535)。
            b (int): 藍色亮度值 (0-65535)。
        """
        self.red.duty_u16(r)
        self.green.duty_u16(g)
        self.blue.duty_u16(b)


class AdvancedRGBController(RGBController):
    """
    進階RGB LED控制器，繼承自RGBController，增加了模式切換按鈕和多種色彩模式。
    """
    def __init__(self, red_pin: int, green_pin: int, blue_pin: int, 
                 pot_pin: int, mode_button_pin: int):
        """
        初始化進階RGB控制器。
        Args:
            red_pin (int): 紅色LED連接的GPIO引腳號碼。
            green_pin (int): 綠色LED連接的GPIO引腳號碼。
            blue_pin (int): 藍色LED連接的GPIO引腳號碼。
            pot_pin (int): 電位器連接的ADC引腳號碼。
            mode_button_pin (int): 模式切換按鈕連接的GPIO引腳號碼。
        """
        # 呼叫父類別的初始化方法，傳遞RGB和電位器引腳
        super().__init__(red_pin, green_pin, blue_pin, pot_pin)
      
        # 初始化模式切換按鈕
        self.mode_button = Pin(mode_button_pin, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
      
        # 模式設定：0:彩虹模式, 1:暖色模式, 2:冷色模式
        self.mode = 0
      
        # 初始化 last_button_state 為按鈕的當前狀態，避免程式啟動時按鈕誤觸
        self.last_button_state = self.mode_button.value()
      
        # 初始時關閉所有LED
        self.set_rgb(0, 0, 0)

        print("--- RGB LED 多模式控制器啟動 ---")
        print("調整電位器調節亮度，按下按鈕切換色彩模式 (彩虹 / 暖色 / 冷色)。")
        print(f"當前模式: {self._get_mode_name(self.mode)}")

    def _get_mode_name(self, mode_id: int) -> str:
        """根據模式ID返回模式名稱。"""
        if mode_id == 0:
            return "彩虹模式"
        elif mode_id == 1:
            return "暖色模式"
        else: # mode_id == 2
            return "冷色模式"

    def check_mode_button(self) -> bool:
        """
        檢查模式切換按鈕狀態，實現單次按下切換模式。
        Returns:
            bool: 如果檢測到模式切換，返回 True；否則返回 False。
        """
        current_state = self.mode_button.value()
      
        # 檢測按鈕從未按下到按下的上升沿
        if current_state == True and self.last_button_state == False:
            time.sleep_ms(50)  # 軟體去抖動
          
            # 再次檢查，確認按鈕在去抖動後仍然按下
            if self.mode_button.value() == True:
                self.mode = (self.mode + 1) % 3 # 切換到下一個模式
              
                print(f"\n切換到模式: {self._get_mode_name(self.mode)}", end='')
              
                # 等待按鈕釋放，防止在按鈕按住期間多次觸發
                while self.mode_button.value():
                    time.sleep_ms(10)
              
                self.last_button_state = self.mode_button.value() # 更新狀態為釋放
                return True
      
        self.last_button_state = current_state # 更新按鈕上一次狀態
        return False

    def rainbow_mode(self, pwm_value: int) -> tuple[int, int, int]:
        """
        生成彩虹色彩模式的RGB值。亮度（飽和度）由pwm_value控制。
        Args:
            pwm_value (int): 從電位器讀取並應用的亮度值 (0-65535)。
        Returns:
            tuple[int, int, int]: (r, g, b) 光色值。
        """
        if pwm_value < 100: # 在非常低的值時直接關閉，避免微亮
            return 0, 0, 0
          
        normalized = pwm_value / self.pwm_range # 將亮度值標準化到 0.0 - 1.0
    
        h = normalized * 6  # 色相 (0-6 範圍用於HSV2RGB轉換)
        i = int(h)          # 色相的整數部分
        f = h - i           # 色相的小數部分
      
        r_val, g_val, b_val = 0, 0, 0 # 初始化RGB分量
    
        # HSV到RGB的轉換邏輯 (V=Max, S=Max)
        if i == 0: # 紅 -> 黃 (R=Max, G遞增, B=0)
            r_val = self.pwm_range
            g_val = int(f * self.pwm_range)
            b_val = 0
        elif i == 1: # 黃 -> 綠 (R遞減, G=Max, B=0)
            r_val = int((1 - f) * self.pwm_range)
            g_val = self.pwm_range
            b_val = 0
        elif i == 2: # 綠 -> 青 (R=0, G=Max, B遞增)
            r_val = 0
            g_val = self.pwm_range
            b_val = int(f * self.pwm_range)
        elif i ==174: # 青 -> 藍 (R=0, G遞減, B=Max)
            r_val = 0
            g_val = int((1 - f) * self.pwm_range)
            b_val = self.pwm_range
        elif i == 4: # 藍 -> 洋紅 (R遞增, G=0, B=Max)
            r_val = int(f * self.pwm_range)
            g_val = 0
            b_val = self.pwm_range
        else: # i == 5: 洋紅 -> 紅 (R=Max, G=0, B遞減)
            r_val = self.pwm_range
            g_val = 0
            b_val = int((1 - f) * self.pwm_range)
    
        return r_val, g_val, b_val

    def warm_mode(self, pwm_value: int) -> tuple[int, int, int]:
        """
        生成暖色模式（紅黃色調）的RGB值。
        Args:
            pwm_value (int): 從電位器讀取並應用的亮度值 (0-65535)。
        Returns:
            tuple[int, int, int]: (r, g, b) 光色值。
        """
        if pwm_value < 100: # 在非常低的值時直接關閉，避免微亮
            return 0, 0, 0
          
        r = pwm_value
        g = int(pwm_value * 0.7) # 減少綠色成分以偏黃
        b = int(pwm_value * 0.3) # 減少藍色成分以偏紅
        return r, g, b

    def cool_mode(self, pwm_value: int) -> tuple[int, int, int]:
        """
        生成冷色模式（藍綠色調）的RGB值。
        Args:
            pwm_value (int): 從電位器讀取並應用的亮度值 (0-65535)。
        Returns:
            tuple[int, int, int]: (r, g, b) 光色值。
        """
        if pwm_value < 100: # 在非常低的值時直接關閉，避免微亮
            return 0, 0, 0
          
        r = int(pwm_value * 0.3) # 減少紅色成分以偏藍
        g = int(pwm_value * 0.7) # 減少綠色成分以偏藍綠
        b = pwm_value
        return r, g, b

    def control_rgb_led(self, pwm_value: int) -> tuple[int, int, int]:
        """
        根據當前選定的模式和電位器值控制RGB LED的顏色和亮度。
        Args:
            pwm_value (int): 從電位器讀取並應用的亮度值 (0-65535)。
        Returns:
            tuple[int, int, int]: 實際發送給LED的 (r, g, b) 值。
        """
        r, g, b = 0, 0, 0 # 預設關閉
      
        if self.mode == 0: # 彩虹模式
            r, g, b = self.rainbow_mode(pwm_value)
        elif self.mode == 1: # 暖色模式
            r, g, b = self.warm_mode(pwm_value)
        else: # self.mode == 2, 冷色模式
            r, g, b = self.cool_mode(pwm_value)
    
        self.set_rgb(r, g, b) # 呼叫父類別的方法設定LED亮度
    
        return r, g, b

    def run(self):
        """
        主運行循環，持續檢查按鈕、讀取電位器並根據模式更新RGB LED。
        在終端按 Ctrl+C 結束程式。
        """
        try:
            print("程式啟動，開始監控電位器和按鈕...")
            while True:
                # 步驟1: 檢查模式切換按鈕
                self.check_mode_button()
            
                # 步驟2: 讀取電位器值
                pwm_value = self.read_potentiometer()
            
                # 步驟3: 根據當前模式控制RGB LED
                r, g, b = self.control_rgb_led(pwm_value)
            
                # 步驟4: 顯示狀態（覆蓋同一行）
                print(f"模式:{self.mode} ({self._get_mode_name(self.mode)}) 電位器:{pwm_value:5d} RGB:({r:5d},{g:5d},{b:5d})", end='\r')
            
                # 降低CPU使用率，並設定更新頻率
                time.sleep(0.05)
            
        except KeyboardInterrupt:
            # 清理資源：關閉所有LED
            self.set_rgb(0, 0, 0)
            print("\n程式結束")

# --- 主程式區塊 ---
if __name__ == "__main__":
    # 創建進階控制器實例，並傳遞所有所需的引腳
    advanced_controller = AdvancedRGBController(
        red_pin=RED_LED_PIN,
        green_pin=GREEN_LED_PIN,
        blue_pin=BLUE_LED_PIN,
        pot_pin=POTENTIOMETER_PIN,
        mode_button_pin=MODE_BUTTON_PIN
    )

    # 運行控制器
    advanced_controller.run()