#include "main.h"
#include "TCA6416.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"  // 更新HAL库头文件路径

/**
 * @brief  初始化TCA6416的GPIO
 */
//第一条IIC总线初始化
void TCA6416_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOE时钟
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    
    //两个芯片挂一条总线上SDA PE3 SCL PE2 
    GPIO_InitStruct.Pin = TCA6416_SCL_PIN | TCA6416_SDA_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;          // 无内部上拉，依赖外部上拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TCA6416_SDA_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始状态设为高电平（实际由外部上拉电阻拉高）
    SCL_HIGH();
    SDA_HIGH();
   
}
//第二条IIC总线初始化
void TCA6416_GPIO_Init2(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOE时钟
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    
    //两个芯片挂一条总线上SDA PE4 SCL PE5 
    GPIO_InitStruct.Pin = TCA6416_SCL_PIN2 | TCA6416_SDA_PIN2;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;          // 无内部上拉，依赖外部上拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TCA6416_SDA_PORT2, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始状态设为高电平（实际由外部上拉电阻拉高）
    SCL_HIGH2();
    SDA_HIGH2();
}
void U74HC245_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOE时钟
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
    //74HC245 DIR端口设置 
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;          // 下拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

}

/**
 * @brief  软件I2C起始信号
 */
void I2C_Start(void)
{
    SDA_OUTPUT_MODE();  // 确保SDA为输出模式
    SDA_HIGH();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    SDA_LOW();          // SDA下降沿（SCL为高）
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW();          // 拉低SCL
}

/**
 * @brief  软件I2C停止信号
 */
void I2C_Stop(void)
{
    SDA_OUTPUT_MODE();  // 确保SDA为输出模式
    SCL_LOW();
    SDA_LOW();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    SDA_HIGH();         // SDA上升沿（SCL为高）
    I2C_DELAY();
}

/**
 * @brief  软件I2C发送应答
 */
void I2C_Ack(void)
{
    SCL_LOW();
    SDA_LOW();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW();
}

/**
 * @brief  软件I2C发送非应答
 */
void I2C_NAck(void)
{
    SCL_LOW();
    SDA_HIGH();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW();
}

/**
 * @brief  软件I2C等待应答
 * @retval 0:有应答 1:无应答
 */
uint8_t I2C_WaitAck(void)
{
    uint8_t ack;
    
    SCL_LOW();
    SDA_HIGH();
    SDA_INPUT_MODE();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    
    ack = SDA_READ() ? 1 : 0;
    
    SCL_LOW();
    SDA_OUTPUT_MODE();
    return ack;
}

/**
 * @brief  软件I2C发送一个字节
 * @param  byte: 要发送的字节
 */
uint8_t I2C_SendByte(uint8_t byte)
{
    uint8_t i;
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        SCL_LOW();
        I2C_DELAY();
        if(byte & 0x80)
            SDA_HIGH();
        else
            SDA_LOW();
        byte <<= 1;
        I2C_DELAY();
        SCL_HIGH();
        I2C_DELAY();
    }
    SCL_LOW();
    // 释放SDA，准备接收ACK
    SDA_HIGH();
    SDA_INPUT_MODE();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH();
    I2C_DELAY();
    uint8_t ack = SDA_READ() ? 1 : 0; // 0=ACK, 1=NACK
    SCL_LOW();
    SDA_OUTPUT_MODE();
    return ack;
}

/**
 * @brief  软件I2C读取一个字节
 * @retval 读取到的字节
 */
uint8_t I2C_ReadByte(void)
{
    uint8_t i, byte = 0;
    
    SDA_HIGH();
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        SCL_LOW();
        I2C_DELAY();
        SCL_HIGH();
        byte <<= 1;
        if(SDA_READ())
            byte |= 0x01;
        I2C_DELAY();
    }
    SCL_LOW();
    return byte;
}

/**
 * @brief  初始化TCA6416
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_Init(void)
{
    // 初始化GPIO
    TCA6416_GPIO_Init();
    HAL_Delay(50);
    
    // 默认将所有引脚设置为输入
    if(TCA6416_SetPortDirection(0, 0xFF) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortDirection(1, 0xFF) != 0) return 1;
    
    // 设置默认输出值为0
    if(TCA6416_WritePort(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_WritePort(1, 0x00) != 0) return 1;
    
    // 设置默认极性（非反转）
    if(TCA6416_SetPortPolarity(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortPolarity(1, 0x00) != 0) return 1;
    
    return 0;
}

/**
 * @brief  向端口写入数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 要写入的数据
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_WritePort(uint8_t port, uint8_t data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_OUTPUT_PORT0 : TCA6416_OUTPUT_PORT1;
    
    I2C_Start();
    if(I2C_SendByte(TCA6416_ADDR << 1)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(reg_addr)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(data)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    I2C_Stop();
    return 0;
}

/**
 * @brief  从端口读取数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 存储读取数据的指针
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_ReadPort(uint8_t port, uint8_t *data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_INPUT_PORT0 : TCA6416_INPUT_PORT1;
    
    I2C_Start();
    if(I2C_SendByte(TCA6416_ADDR << 1)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(reg_addr)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    I2C_Start();
    if(I2C_SendByte((TCA6416_ADDR << 1) | 0x01)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    *data = I2C_ReadByte();  // 读取数据
    I2C_NAck();
    
    I2C_Stop();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置端口方向（输入/输出）
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  direction: 0 = 输出, 1 = 输入
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortDirection(uint8_t port, uint8_t direction)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_CONFIG_PORT0 : TCA6416_CONFIG_PORT1;
    
    I2C_Start();
    if(I2C_SendByte(TCA6416_ADDR << 1)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(reg_addr)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(direction)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    I2C_Stop();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置端口极性
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  polarity: 0 = 非反转, 1 = 反转
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortPolarity(uint8_t port, uint8_t polarity)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_POL_INV_PORT0 : TCA6416_POL_INV_PORT1;
    
    I2C_Start();
    if(I2C_SendByte(TCA6416_ADDR << 1)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(reg_addr)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    if(I2C_SendByte(polarity)) { I2C_Stop(); return 1; }  // 直接使用返回值
    
    I2C_Stop();
    return 0;
}

/**
 * @brief  写入单个引脚
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  pin: 引脚号（0-7）
 * @param  state: 引脚状态（0或1）
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_WritePin(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t state)
{
    uint8_t current_data;
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_OUTPUT_PORT0 : TCA6416_OUTPUT_PORT1;
    
    // 读取当前端口值
    if(TCA6416_ReadPort(port, &current_data) != 0) return 1;
    
    // 修改特定引脚
    if(state)
        current_data |= (1 << pin);
    else
        current_data &= ~(1 << pin);
    
    // 写回修改后的值
    return TCA6416_WritePort(port, current_data);
}

/**
 * @brief  读取单个引脚
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  pin: 引脚号（0-7）
 * @param  state: 存储引脚状态的指针
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_ReadPin(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t *state)
{
    uint8_t port_data;
    
    if(TCA6416_ReadPort(port, &port_data) != 0) return 1;
    
    *state = (port_data >> pin) & 0x01;
    return 0;
}

/* 第二个芯片的I2C操作函数 */
void I2C_Start2(void)
{
    SDA_HIGH2();
    SCL_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SDA_LOW2();
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW2();
}

void I2C_Stop2(void)
{
    SCL_LOW2();
    SDA_LOW2();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SDA_HIGH2();
    I2C_DELAY();
}

void I2C_Ack2(void)
{
    SCL_LOW2();
    SDA_LOW2();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW2();
}

void I2C_NAck2(void)
{
    SCL_LOW2();
    SDA_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SCL_LOW2();
}

uint8_t I2C_WaitAck2(void)
{
    uint8_t ack;
    
    SCL_LOW2();
    SDA_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    SCL_HIGH2();
    I2C_DELAY();
    
    ack = SDA_READ2() ? 1 : 0;
    
    SCL_LOW2();
    return ack;
}

void I2C_SendByte2(uint8_t byte)
{
    uint8_t i;
    
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        SCL_LOW2();
        if(byte & 0x80)
            SDA_HIGH2();
        else
            SDA_LOW2();
        byte <<= 1;
        I2C_DELAY();
        SCL_HIGH2();
        I2C_DELAY();
    }
    SCL_LOW2();
}

uint8_t I2C_ReadByte2(void)
{
    uint8_t i, byte = 0;
    
    SDA_HIGH2();
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        SCL_LOW2();
        I2C_DELAY();
        SCL_HIGH2();
        byte <<= 1;
        if(SDA_READ2())
            byte |= 0x01;
        I2C_DELAY();
    }
    SCL_LOW2();
    return byte;
}

/**
 * @brief  初始化第二个TCA6416
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_Init2(void)
{
    // 初始化GPIO
    TCA6416_GPIO_Init2();
    
    // 增加延时以确保设备稳定
    HAL_Delay(10);
    
    // 默认将所有引脚设置为输入
    if(TCA6416_SetPortDirection2(0, 0xFF) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortDirection2(1, 0xFF) != 0) return 1;
    
    // 设置默认输出值为0
    if(TCA6416_WritePort2(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_WritePort2(1, 0x00) != 0) return 1;
    
    // 设置默认极性（非反转）
    if(TCA6416_SetPortPolarity2(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortPolarity2(1, 0x00) != 0) return 1;
    
    return 0;
}

/**
 * @brief  向第二个TCA6416的端口写入数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 要写入的数据
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_WritePort2(uint8_t port, uint8_t data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_OUTPUT_PORT0 : TCA6416_OUTPUT_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR2 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(data);  // 数据
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  从第二个TCA6416的端口读取数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 存储读取数据的指针
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_ReadPort2(uint8_t port, uint8_t *data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_INPUT_PORT0 : TCA6416_INPUT_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR2 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2((TCA6416_ADDR2 << 1) | 0x01);  // 读地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    *data = I2C_ReadByte2();  // 读取数据
    I2C_NAck2();
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置第二个TCA6416的端口方向
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  direction: 0 = 输出, 1 = 输入
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortDirection2(uint8_t port, uint8_t direction)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_CONFIG_PORT0 : TCA6416_CONFIG_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR2 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(direction);  // 方向设置
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置第二个TCA6416的端口极性
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  polarity: 0 = 非反转, 1 = 反转
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortPolarity2(uint8_t port, uint8_t polarity)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_POL_INV_PORT0 : TCA6416_POL_INV_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR2 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(polarity);  // 极性设置
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/* 第三个芯片的操作函数（使用第二个芯片的I2C总线，但地址为TCA6416_ADDR3） */

/**
 * @brief  初始化第三个TCA6416
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_Init3(void)
{
    // GPIO已在TCA6416_GPIO_Init()中初始化
    U74HC245_GPIO_Init();
    // 增加延时以确保设备稳定
    HAL_Delay(10);

    // 设置默认极性（非反转）
    if(TCA6416_SetPortPolarity3(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortPolarity3(1, 0x00) != 0) return 1;

    // 默认将所有引脚设置为输入
    if(TCA6416_SetPortDirection3(0, 0xFF) != 0) return 1;
    if(TCA6416_SetPortDirection3(1, 0xFF) != 0) return 1;
    
    // 设置默认输出值为0
    if(TCA6416_WritePort3(0, 0x00) != 0) return 1;
    if(TCA6416_WritePort3(1, 0x00) != 0) return 1;
    

    
    return 0;
}

/**
 * @brief  向第三个TCA6416的端口写入数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 要写入的数据
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_WritePort3(uint8_t port, uint8_t data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_OUTPUT_PORT0 : TCA6416_OUTPUT_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR3 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(data);  // 数据
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  从第三个TCA6416的端口读取数据
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  data: 存储读取数据的指针
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_ReadPort3(uint8_t port, uint8_t *data)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_INPUT_PORT0 : TCA6416_INPUT_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR3 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2((TCA6416_ADDR3 << 1) | 0x01);  // 读地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    *data = I2C_ReadByte2();  // 读取数据
    I2C_NAck2();
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置第三个TCA6416的端口方向
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  direction: 0 = 输出, 1 = 输入
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortDirection3(uint8_t port, uint8_t direction)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_CONFIG_PORT0 : TCA6416_CONFIG_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR3 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(direction);  // 方向设置
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}

/**
 * @brief  设置第三个TCA6416的端口极性
 * @param  port: 端口号（0或1）
 * @param  polarity: 0 = 非反转, 1 = 反转
 * @retval 0:成功 1:失败
 */
uint8_t TCA6416_SetPortPolarity3(uint8_t port, uint8_t polarity)
{
    uint8_t reg_addr = (port == 0) ? TCA6416_POL_INV_PORT0 : TCA6416_POL_INV_PORT1;
    
    I2C_Start2();
    I2C_SendByte2(TCA6416_ADDR3 << 1);  // 写地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(reg_addr);  // 寄存器地址
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_SendByte2(polarity);  // 极性设置
    if(I2C_WaitAck2()) { I2C_Stop2(); return 1; }
    
    I2C_Stop2();
    return 0;
}