/*
 * 115-04-11-clock2
 * 功能：以 8 顆七段顯示器實現時鐘功能
 *   - 模式 0：正常走時顯示 HH:MM:SS
 *   - 模式 1：設定目前時間（時/分）
 *   - 模式 2：設定鬧鐘時間（時/分）
 * 硬體：
 *   - 兩組 74HC595 串行移位暫存器
 *     ‧ 第一組：控制七段顯示器的段碼輸出 (abcdefg + dot)
 *     ‧ 第二組：控制 8 顆七段顯示器的掃描線 (digit select)
 *   - 4 顆獨立按鍵 (A0~A3 / D14~D17，INPUT_PULLUP)
 *   - 2 顆 LED 指示燈 (D8、D9)
 *   - 1 顆蜂鳴器 (A4 / D18)：鬧鐘觸發時發出 1kHz 蜂鳴聲
 */

#include <Arduino.h>

// 按鍵掃描間隔 (ms)，目前未使用此宏，預留供未來確認節拍用
#define delayT 200

// ======================================================
// 第一組 74HC595：控制七段顯示器的「段碼」資料輸出
//   abcdefg + dot (共 8 bit)
// ======================================================
#define DATA_SER1 2 // SER  — 段碼序列資料輸入接腳
#define ST_CP1                                                                 \
  3 // RCLK — 段碼暫存器鎖存時脈（上升緣將移位暫存器資料送到輸出腳）
#define SH_CP1 4 // SRCLK— 段碼移位時脈（每個上升緣將 DATA_SER1 移入一位）

// ======================================================
// 第二組 74HC595：控制七段顯示器的「掃描線」(digit select)
//   決定目前點亮第幾顆七段顯示器
// ======================================================
#define DATA_SER2 5 // SER  — 掃描線序列資料輸入接腳
#define ST_CP2 6    // RCLK — 掃描線暫存器鎖存時脈
#define SH_CP2 7    // SRCLK— 掃描線移位時脈

// ======================================================
// 蜂鳴器接腳定義
// ======================================================
#define BUZZER_PIN 18 // A4 — 蜂鳴器輸出接腳（1kHz tone()）

// ======================================================
// setup()：初始化 I/O 腳位與序列埠
// ======================================================
void setup() {
  // D2~D9 設定為輸出，用來驅動兩組 74HC595 及 LED
  for (int i = 2; i <= 9; i++)
    pinMode(i, OUTPUT);

  // A0~A3 (D14~D17) 設定為內建提升電阻輸入，接按鍵（按下 = LOW）
  for (int i = 14; i <= 17; i++)
    pinMode(i, INPUT_PULLUP); // 使用內建提升電阻，免去外接上拉電阻

  // A4 (D18) 設定為輸出，驅動蜂鳴器
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);

  // 啟動序列埠，鮑率 115200，可用於除錯輸出
  Serial.begin(115200);
}

// ======================================================
// 七段顯示器段碼對照表（共陰極，0 = 不亮，Binary → Hex）
//   索引 0~9  →數字 0~9
//   索引 10~15→16進位字元 A~F
//   索引 16   →全暗（消隱）0x00
//   索引 17   →只亮中間一橫（減號）0x40
// ======================================================
byte seg[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x27, 0x7F,
              0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x00, 0x40};

// Buff[0]~Buff[7]：8 顆七段顯示器各自要顯示的數值（seg[]的索引）
byte Buff[] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

// scan[]：第二組 74HC595 的掃描線遮罩
//   scan[n] 令第 n 顆七段顯示器的公共腳為 HIGH（共陰極點亮選中那顆）
byte scan[] = {0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};

// data[] / data1[]：在 disp() 中處理「冒號」位置（位置 2 與 5）
//   顯示動態流水燈效果作為冒號閃爍動畫的幀序列
byte data[] = {0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};  // 正向流水
byte data1[] = {0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x01}; // 反向流水

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 目前動畫幀索引（0~5 循環），控制冒號流水燈動畫
byte parttern = 0;
// 計數器模組使用的 LED 狀態旗標（保留，目前未使用）
int leddis = 0;

// ======================================================
// disp()：驅動「單顆」七段顯示器
//   data7s   — 要顯示的數值（seg[] 的索引）
//   number7s — 選擇第幾顆七段顯示器（0~7）
// ======================================================
void disp(byte data7s, byte number7s) {
  // 先將掃描線全部清零（關閉所有顯示器），避免殘影
  digitalWrite(ST_CP2, LOW);
  shiftOut(DATA_SER2, SH_CP2, MSBFIRST, 0x00);
  digitalWrite(ST_CP2, HIGH);

  // number7s == 2 或 5 為「冒號」位置，顯示流水燈動畫
  if (number7s == 2 || number7s == 5) {
    digitalWrite(ST_CP1, LOW);
    switch (number7s) {
    case 2: // 第 2 顆：使用正向流水幀
      shiftOut(DATA_SER1, SH_CP1, MSBFIRST, ~data[parttern]);
      break;
    case 5: // 第 5 顆：使用反向流水幀
      shiftOut(DATA_SER1, SH_CP1, MSBFIRST, ~data1[parttern]);
      break;
    }
    digitalWrite(ST_CP1, HIGH);
  } else {
    // 一般數字位置：查表 seg[] 取得段碼，取反（共陰極需反相）後送出
    digitalWrite(ST_CP1, LOW);
    shiftOut(DATA_SER1, SH_CP1, MSBFIRST, ~seg[data7s]);
    digitalWrite(ST_CP1, HIGH);
  }

  // 送出掃描線，選中 number7s 對應的那顆七段顯示器
  digitalWrite(ST_CP2, LOW);
  shiftOut(DATA_SER2, SH_CP2, MSBFIRST, scan[number7s]);
  digitalWrite(ST_CP2, HIGH);
}

// 目前輪到顯示第幾顆七段顯示器（0~7 循環，動態掃描用）
byte no = 0;

// ======================================================
// show()：動態掃描函式，每次呼叫點亮下一顆七段顯示器
//   需在 loop() 中高頻呼叫，使視覺上看起來全部同時亮
// ======================================================
void show(void) {
  disp(Buff[no], no); // 以 Buff[no] 的值點亮第 no 顆七段顯示器
  no = (no + 1) % 8;  // 移到下一顆（0→1→…→7→0）
}

// ======================================================
// pow_value()：計算 base^number（次方）
//   使用 unsigned long long 避免 16 進位 16^8 超出 32 位元上限
// ======================================================
unsigned long long pow_value(int base, int number) {
  unsigned long long value = 1;
  for (int i = 1; i <= number; i++)
    value = base * value; // 連乘 number 次
  return value;
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 計數器模組全域變數
unsigned long counterM = 0;           // 上次更新計數器的時間戳記 (ms)
unsigned long long count = 0;         // 目前計數值（支援 8 位元最大進制）
unsigned long count1 = 0, count2 = 0; // 保留，供擴充使用

int startflag = 0; // 計數器啟動旗標：0=停止，1=計數中
int updown = 0;    // 計數方向：0=遞增，1=遞減
int baseflag = 0;  // 進制選擇：0=十進制，1=十六進制，2=八進制
int Base = 0;      // 目前使用的進制值（由 baseflag 決定）

// ======================================================
// counter()：計數器功能（目前未掛入 loop，保留供擴充）
//   - 依 updown 控制 D8/D9 LED 方向指示
//   - 依 baseflag 設定進制
//   - 每 300ms 更新一次計數值並分解到 Buff[]
// ======================================================
void counter() {
  // 依計數方向點亮對應 LED（D8=遞增，D9=遞減）
  if (updown == 0) {
    digitalWrite(8, 1); // 遞增模式，D8 亮
    digitalWrite(9, 0);
  } else {
    digitalWrite(8, 0);
    digitalWrite(9, 1); // 遞減模式，D9 亮
  }

  // 根據 baseflag 設定進制
  switch (baseflag) {
  case 0:
    Base = 10;
    break; // 十進制
  case 1:
    Base = 16;
    break; // 十六進制
  case 2:
    Base = 8;
    break; // 八進制
  default:
    break;
  }

  // 每 300ms 更新一次
  if (millis() - counterM >= 300) {
    counterM = millis();

    // 將 count 分解成 8 位（最高位在 Buff[0]，最低位在 Buff[7]）
    Buff[0] = count / pow_value(Base, 7) % Base;
    Buff[1] = count / pow_value(Base, 6) % Base;
    Buff[2] = count / pow_value(Base, 5) % Base;
    Buff[3] = count / pow_value(Base, 4) % Base;
    Buff[4] = count / pow_value(Base, 3) % Base;
    Buff[5] = count / pow_value(Base, 2) % Base;
    Buff[6] = count / pow_value(Base, 1) % Base;
    Buff[7] = count % Base;

    // 已啟動計數時才更新計數值
    if (startflag == 1) {
      if (updown == 0) {
        // 遞增，溢位後歸零（模 Base^8）
        count = (count + 1) % pow_value(Base, 8);
      } else {
        // 遞減（利用補數方式讓負數繞回最大值）
        count = (count + (pow_value(Base, 8) - 1)) % pow_value(Base, 8);
      }
    }
  }
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 時鐘模組全域變數
unsigned long clockM = 0;   // 上次秒計時更新的時間戳記 (ms)
unsigned long patternM = 0; // 上次冒號動畫更新的時間戳記 (ms)

byte hour = 23, min = 59, sec = 50; // 目前時刻（初始值方便觀察進位）
byte hour1 = 0, min1 = 0, sec1 = 0; // 鬧鐘設定時刻

byte mode = 0;      // 顯示模式：0=正常走時，1=設定目前時間，2=設定鬧鐘
byte alarmflag = 0; // 鬧鐘開關：0=關閉，1=開啟
byte flash = 0;     // 模式 1 閃爍計數器（0~15 循環）

// ======================================================
// clock_count()：時鐘走時與 Buff[] 更新（模式 0 使用）
//   - 每 100ms 更新一次冒號動畫幀 (parttern)
//   - 每 1000ms 進行秒/分/時進位
//   - 將 HH MM SS 分解寫入 Buff[]
// ======================================================
void clock_count() {
  // 每 100ms 切換一次冒號流水燈動畫幀
  if (millis() - patternM >= 100) {
    patternM = millis();
    parttern = (parttern + 1) % 6; // 幀索引 0~5 循環
  }

  // 每 1000ms 秒數遞增，並進行分/時進位
  if (millis() - clockM >= 1000) {
    clockM = millis();

    sec = (sec + 1) % 60; // 秒：0~59
    if (sec == 0) {
      min = (min + 1) % 60; // 分：0~59
      if (min == 0) {
        hour = (hour + 1) % 24; // 時：0~23
      }
    }
  }

  // 將時/分/秒各位數寫入顯示緩衝區
  Buff[0] = hour / 10; // 時十位
  Buff[1] = hour % 10; // 時個位
  // Buff[2] 為冒號位置，由 disp() 中的流水燈動畫處理
  Buff[3] = min / 10; // 分十位
  Buff[4] = min % 10; // 分個位
  // Buff[5] 為冒號位置，由 disp() 中的流水燈動畫處理
  Buff[6] = sec / 10; // 秒十位
  Buff[7] = sec % 10; // 秒個位
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 設定時間模組全域變數
unsigned long setnowtimeM = 0; // 上次更新設定時間顯示的時間戳記
unsigned long flashM = 0;      // 右側閃爍計時用時間戳記

// ======================================================
// setnowtime()：設定目前時間顯示（模式 1 使用）
//   - 每 100ms 更新 Buff[0~4]（顯示 HH:MM）
//   - 右側 Buff[6~7] 以 40ms 為閃爍節拍
//     前半顯示目前模式碼，後半清空（消隱）
// ======================================================
void setnowtime() {
  // 每 100ms 更新一次時/分顯示（HH:MM）
  if (millis() - setnowtimeM >= 100) {
    setnowtimeM = millis();

    Buff[0] = hour / 10; // 時十位
    Buff[1] = hour % 10; // 時個位
    Buff[3] = min / 10;  // 分十位
    Buff[4] = min % 10;  // 分個位
  }

  // 每 40ms 切換一次右側閃爍（共 16 步為一個週期）
  if (millis() - flashM >= 40) {
    flashM = millis();
    flash = (flash + 1) % 16; // 0~15 循環

    if (flash < 8) {
      // 前 8 步：顯示模式碼（mode = 1，顯示 "01"）
      Buff[6] = mode / 10;
      Buff[7] = mode % 10;
    } else {
      // 後 8 步：消隱（使用 seg[16] = 0x00 全暗）
      Buff[6] = 16;
      Buff[7] = 16;
    }
  }
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 鬧鐘設定模組全域變數
unsigned long setalarmtimeM = 0; // 上次更新鬧鐘顯示的時間戳記
unsigned long flashM1 = 0;       // 右側閃爍計時用時間戳記
int flash1 = 0;                  // 閃爍計數器（0~15 循環）

// ======================================================
// setalarmtime()：設定鬧鐘時間顯示（模式 2 使用）
//   邏輯與 setnowtime() 相同，但操作的是 hour1/min1
// ======================================================
void setalarmtime() {
  // 每 100ms 更新一次鬧鐘時/分顯示（HH:MM）
  if (millis() - setalarmtimeM >= 100) {
    setalarmtimeM = millis();

    Buff[0] = hour1 / 10; // 鬧鐘時十位
    Buff[1] = hour1 % 10; // 鬧鐘時個位
    Buff[3] = min1 / 10;  // 鬧鐘分十位
    Buff[4] = min1 % 10;  // 鬧鐘分個位
  }

  // 每 40ms 切換一次右側閃爍
  if (millis() - flashM1 >= 40) {
    flashM1 = millis();
    flash1 = (flash1 + 1) % 16; // 0~15 循環

    if (flash1 < 8) {
      // 前 8 步：顯示模式碼（mode = 2，顯示 "02"）
      Buff[6] = mode / 10;
      Buff[7] = mode % 10;
    } else {
      // 後 8 步：消隱
      Buff[6] = 16;
      Buff[7] = 16;
    }
  }
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 鬧鐘響鈴模組全域變數
unsigned long alarmshowM = 0; // 上次 LED 狀態切換的時間戳記 (ms)
byte alarmLedState = 0;       // LED 目前狀態：0=滅，1=亮
byte ringing = 0; // 鬧鐘響鈴旗標：0=未響，1=響鈴中（持續閃爍直到按鍵取消）

// ======================================================
// alarmshow()：鬧鐘響鈴時的 LED 閃爍 + 蘑鳴器控制
//   以非阻塞式 millis() 實現：
//     亮 200ms + 蘑鳴 → 滅 300ms + 静音 → 亮 200ms + 蘑鳴 → …
//   D8 與 D9 同步閃爍，蘑鳴器同步發出 1kHz 袁鳴聲
// ======================================================
void alarmshow() {
  if (alarmLedState == 1) {
    // 目前 LED 亮，等待 200ms 後關閉
    if (millis() - alarmshowM >= 200) {
      alarmshowM = millis(); // 記錄狀態切換時刻
      alarmLedState = 0;     // 切換至「滅」狀態
      digitalWrite(8, 0);    // D8 滅
      digitalWrite(9, 0);    // D9 滅
      noTone(BUZZER_PIN);    // 蘑鳴器停止發音
    }
  } else {
    // 目前 LED 滅，等待 300ms 後點亮
    if (millis() - alarmshowM >= 300) {
      alarmshowM = millis();  // 記錄狀態切換時刻
      alarmLedState = 1;      // 切換至「亮」狀態
      digitalWrite(8, 1);     // D8 亮
      digitalWrite(9, 1);     // D9 亮
      tone(BUZZER_PIN, 1000); // 蘑鳴器發出 1kHz 袁鳴聲
    }
  }
}
// ======================================================
// isontime()：鬧鐘觸發判斷與持續閃爍
//   - alarmflag==1 且 HH:MM:SS 吻合時，設 ringing=1（一次性觸發）
//   - 只要 ringing==1 就持續呼叫 alarmshow() 保持閃爍
//   - 按 S0 關閉鬧鐘時由 switchkey() 將 ringing 清為 0
// ======================================================
void isontime() {
  // 時間吻合瞬間：設定響鈴旗標（之後秒數跑過去仍會繼續響）
  if (alarmflag == 1 && hour == hour1 && min == min1 && sec == sec1) {
    ringing = 1; // 觸發響鈴
  }

  // 持續閃爍直到 ringing 被清除
  if (ringing == 1) {
    alarmshow();
  }
}
// ======================================================
// ReadKey()：讀取 4 顆按鍵狀態，回傳 4 位元旗標
//   - bit0 (1)：S3 (D14) 按下
//   - bit1 (2)：S2 (D15) 按下
//   - bit2 (4)：S1 (D16) 按下
//   - bit3 (8)：S0 (D17) 按下
// ======================================================
char ReadKey(void) {
  char key = 0;

  if (digitalRead(14) == 0)
    key |= 1; // S3 按下（低電位）
  if (digitalRead(15) == 0)
    key |= 2; // S2 按下（低電位）
  if (digitalRead(16) == 0)
    key |= 4; // S1 按下（低電位）
  if (digitalRead(17) == 0)
    key |= 8; // S0 按下（低電位）

  return key; // 回傳按鍵狀態位元組
}

// ──────────────────────────────────────────────────────
// 按鍵掃描模組全域變數
unsigned long switchkeyM = 0; // 上次按鍵掃描時間戳記
int newkey, oldkey;           // 目前與上次的按鍵值（用於邊緣偵測）

// ======================================================
// switchkey()：按鍵邏輯處理（每 50ms 掃描一次）
//   偵測「按下瞬間」（newkey != oldkey 且 newkey != 0）
//
//   按鍵功能對應：
//   newkey == 1 (S3)：切換模式 0→1→2→0
//     mode 0：D8/D9 全滅（正常走時）
//     mode 1：D8 亮／D9 滅（設定時間提示）
//     mode 2：D8 滅／D9 亮（設定鬧鐘提示）
//
//   newkey == 2 (S2)：小時 +1
//     mode 1 → 調整目前時間 hour
//     mode 2 → 調整鬧鐘 hour1
//
//   newkey == 4 (S1)：分鐘 +1
//     mode 1 → 調整目前時間 min
//     mode 2 → 調整鬧鐘 min1
//
//   newkey == 8 (S0)：切換鬧鐘開關
//     alarmflag 0↔1
//     開啟時 D8/D9 同時亮，關閉時全滅
// ======================================================
void switchkey() {
  // 每 50ms 才執行一次（軟體去彈跳）
  if (millis() - switchkeyM >= 50) {
    switchkeyM = millis();
    newkey = ReadKey(); // 讀取目前按鍵狀態

    // 僅在按鍵狀態改變時（邊緣偵測）執行對應動作
    if (newkey != oldkey) {

      // ── S3：模式切換 ──────────────────────────────
      if (newkey == 1) {
        mode = (mode + 1) % 3; // 0 → 1 → 2 → 0 循環
        switch (mode) {
        case 0: // 正常走時：LED 全滅
          digitalWrite(8, 0);
          digitalWrite(9, 0);
          break;
        case 1: // 設定時間：D8 亮
          digitalWrite(8, 1);
          digitalWrite(9, 0);
          break;
        case 2: // 設定鬧鐘：D9 亮
          digitalWrite(8, 0);
          digitalWrite(9, 1);
          break;
        }
      }

      // ── S2：小時 +1 ──────────────────────────────
      if (newkey == 2) {
        if (mode == 1) {
          hour = (hour + 1) % 24; // 調整目前時間時
        } else if (mode == 2) {
          hour1 = (hour1 + 1) % 24; // 調整鬧鐘時
        }
        // mode 0 時按下無效
      }

      // ── S1：分鐘 +1 ──────────────────────────────
      if (newkey == 4) {
        if (mode == 1) {
          min = (min + 1) % 60; // 調整目前時間分
        } else if (mode == 2) {
          min1 = (min1 + 1) % 60; // 調整鬧鐘分
        }
        // mode 0 時按下無效
      }

      // ── S0：鬧鐘開關切換 / 響鈴中按下則停止閃爍 ────
      if (newkey == 8) {
        if (ringing == 1) {
          // 響鈴中按 S0 → 停止閃爍，但保持 alarmflag 不變
          ringing = 0;        // 清除響鈴旗標
          noTone(BUZZER_PIN); // 蘑鳴器停止
          digitalWrite(8, 0); // D8 滅
          digitalWrite(9, 0); // D9 滅
        } else {
          alarmflag = (1 + alarmflag) % 2; // 0↔1 切換
          if (alarmflag == 1) {
            // 鬧鐘開啟：D8、D9 同時亮
            digitalWrite(8, 1);
            digitalWrite(9, 1);
          } else {
            // 鬧鐘關閉：D8、D9 同時滅
            digitalWrite(8, 0);
            digitalWrite(9, 0);
          }
        }
      }
    }

    oldkey = newkey; // 記錄本次按鍵狀態，供下次比較
  }
}

// ======================================================
// loop()：主迴圈
//   1. switchkey()  — 每 50ms 處理一次按鍵輸入
//   2. show()       — 每次迴圈推進動態掃描一顆七段顯示器
//   3. 依 mode 呼叫對應顯示更新函式：
//      mode 0 → clock_count()  (正常走時)
//      mode 1 → setnowtime()   (設定時間)
//      mode 2 → setalarmtime() (設定鬧鐘)
// ======================================================
void loop() {
  switchkey(); // 按鍵掃描與功能處理

  show(); // 七段顯示器動態掃描（每次點亮一顆）

  // 依目前模式更新顯示緩衝區 Buff[]
  if (mode == 0) {
    clock_count(); // 模式 0：走時並更新 HH:MM:SS
  } else if (mode == 1) {
    setnowtime(); // 模式 1：設定目前時間顯示
  } else if (mode == 2) {
    setalarmtime(); // 模式 2：設定鬧鐘時間顯示
  }
  isontime(); // 鬧鐘時間到 且 alarmflag==1 時才閃爍
}