// PIC16F876A Configuration Bit Settings

// 'C' source line config statements

// CONFIG
#pragma config FOSC = HS        // Oscillator Selection bits (HS oscillator)
#pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)
#pragma config PWRTE = ON       // Power-up Timer Enable bit (PWRT enabled)
#pragma config BOREN = OFF      // Brown-out Reset Enable bit (BOR disabled)
#pragma config LVP = OFF        // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3 is digital I/O, HV on MCLR must be used for programming)
#pragma config CPD = OFF        // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)
#pragma config WRT = OFF        // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)
#pragma config CP = OFF         // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

// #pragma config statements should precede project file includes.
// Use project enums instead of #define for ON and OFF.

#include <xc.h>

#define _XTAL_FREQ 20000000 // 20MHz

#define THRESHOLD 0x20

#define TIMER_COUNT 60
#define BUFFERSIZE 16

#define CLK PORTCbits.RC4
#define DAT PORTCbits.RC5
#define CPORT TRISCbits.TRISC4
#define DPORT TRISCbits.TRISC5
#define WAIT 40
#define WAITHALF 20

// 0xE0から始まる2バイトコードは0xA0+独自コード
// CTRL+キーのコードは0x90+独自コード
const char keyMap[6][5] = {
    {   0,    0, 0xA0, 0x7C, 0x90}, // , , Num/, Num*, Ctrl+C
    {   0, 0x70, 0x72, 0x7A, 0x69}, // , Num0, Num2, Num3, Num1
    {0x71, 0x91, 0x73, 0x74, 0x6B}, // Num., Ctrl+V, Num5, Num6, Num4
    {   0, 0x6C, 0x7D, 0x7B, 0x75}, // , Num7, Num9, Num-, Num8
    {   0, 0x77,    0, 0x79, 0x92}, // , NumLock, Num+, Ctrl+X
    {   0,    0,    0, 0xA1,    0}  // , , , NumEnter,
};

// 0xE0から始まる2バイトコード
const char e0KeyMap[] = {0x4A, 0x5A}; // Num/, NumEnter

// CTRLの組み合わせ
const char ctrlKeyMap[] = {0x21, 0x2A, 0x22}; // Copy, Paste, Cut

const char outB[] = {0b00000001, 0b00000010, 0b00000100, 0b00001000, 0b00010000, 0b00100000};
const char setB[] = {0b11111110, 0b11111101, 0b11111011, 0b11110111, 0b11101111, 0b11011111};

char keyStat[6][5];
char keycode;

volatile int row;
volatile char keyBuffer[BUFFERSIZE];
volatile int head, knum;

// アナログ入力
char analogRead(char ch)
{
    ADCON0bits.CHS = ch;
    ADCON0bits.ADON = 1; // ADコンバータON
    __delay_us(20); // 充電待ち
    
    //ADコンバート
    ADCON0bits.GO = 1; // AD変換開始
    while(ADCON0bits.GO); // AD変換終了待ち
    
    ADCON0bits.ADON = 0;

    return ADRESL;
}

// キーをバッファに入力
void enqueue(char ch)
{
    if(knum < BUFFERSIZE)
    {
        keyBuffer[(head + knum) % BUFFERSIZE] = ch;
        ++knum;
    }
}

// キーをバッファから取り出す
char dequeue()
{
    char ch = 0xff;
    
    if(knum > 0)
    {
        ch = keyBuffer[head];
        head = (head + 1) % BUFFERSIZE;
        --knum;
    }
    
    return ch;
}

// キー押した
void pushKey(char code)
{
    switch(code & 0xF0)
    {
        case 0xA0: // 2バイトコード(0xE0)
            enqueue(0xE0);
            enqueue(e0KeyMap[code & 0x0F]);
            break;
        case 0x90: // CTRL+
            enqueue(0x14); // LeftCtrl
            enqueue(ctrlKeyMap[code & 0x0F]);
            break;
        default:
            enqueue(code);
    }
}

// キー離した
void releaseKey(char code)
{
    switch(code & 0xF0)
    {
        case 0xA0: // 2バイトコード(0xE0)
            enqueue(0xE0);
            enqueue(0xF0);
            enqueue(e0KeyMap[code & 0x0F]);
            break;
        case 0x90: // CTRL+
            enqueue(0xF0);
            enqueue(ctrlKeyMap[code & 0x0F]);
            enqueue(0xF0);
            enqueue(0x14); // LeftCtrl
            break;
        default:
            enqueue(0xF0);
            enqueue(code);
    }
}

void keyCheck(int an, int r)
{
    if(analogRead((char)an) > THRESHOLD)
    {
        if(keyStat[r][an] == 0) // キーが押された
        {
            pushKey(keyMap[r][an]);
            keyStat[r][an] = 1;
        }
    }
    else
    {
        if(keyStat[r][an] == 1) // キーが離された
        {
            releaseKey(keyMap[r][an]);
            keyStat[r][an] = 0;
        }
    }
}

// キースキャン割り込みエントリ
void __interrupt() isr(void)
{
    if (INTCONbits.TMR0IF) // TMR0
    {
        INTCONbits.TMR0IF = 0; // 割り込みフラグクリア
        
        switch(row)
        {
            case 0:
                TRISB = setB[0];
                PORTB = outB[0];
                for(int i=2; i<5; i++)
                {
                    keyCheck(i, 0);
                }
                break;
            case 1:
            case 3:
                TRISB = setB[row];
                PORTB = outB[row];
                for(int i=1; i<5; i++)
                {
                    keyCheck(i, row);
                }
                break;
            case 2:
                TRISB = setB[2];
                PORTB = outB[2];
                for(int i=0; i<5; i++)
                {
                    keyCheck(i, 2);
                }
                break;
            case 4:
                TRISB = setB[4];
                PORTB = outB[4];
                keyCheck(1, 4);
                keyCheck(3, 4);
                keyCheck(4, 4);
                break;
            case 5:
                TRISB = setB[5];
                PORTB = outB[5];
                keyCheck(3, 5);
                break;
        }
        if(++row > 5)
            row = 0;
        
        TMR0 = TIMER_COUNT; // タイマ再設定
    }
}

// PCからコマンドを受け取る
char getCommand()
{
  char code = 0, onebit;

  while (DAT == 1); //スタートビットを待つ
  while (CLK == 0); //HIGHを待つ

  CPORT = 0; // CLK OUTPUT
  __delay_us(WAITHALF);

  //１バイト受け取る
  for(int i = 0; i < 8; i++)
  {
    CLK = 0; //クロック
    __delay_us(WAIT);
    CLK = 1; //クロック
    __delay_us(WAITHALF);
    
    onebit = DAT;
    code |= onebit << i;
    __delay_us(WAITHALF);
  }
  
  //パリティビットは読み取らない
  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  __delay_us(WAIT);
  
  //ストップビットも読み取らない
  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  __delay_us(WAIT);

  //ACK
  DPORT = 0; // DAT OUTPUT
  DAT = 0;
  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  CPORT = 1; // CLK INPUT
  DAT = 1;
  //__delay_us(WAITHALF);
  DPORT = 1; // DAT INPUT
  
  __delay_us(WAIT);
  
  return code;
}

// PCにキーコードを送る
void sendKeyCode(char code)
{
  char onebit, parity = 0;

  DPORT = 0; // DAT OUTPUT
  DAT = 0; //スタートビット
  __delay_us(WAITHALF);
  CPORT = 0; // CLK OUTPUT

  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  __delay_us(WAITHALF);
    
  //１バイト送る
  for(int i = 0; i < 8; i++)
  {
    onebit = (code >> i) & 1;
    DAT = onebit;
    __delay_us(WAITHALF);

    CLK = 0;
    __delay_us(WAIT);
    CLK = 1;
    __delay_us(WAITHALF);

    parity += onebit;
  }

  DAT = ~parity & 1; //パリティビット
  __delay_us(WAITHALF);

  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  __delay_us(WAITHALF);

  DAT = 1; //ストップビット
  __delay_us(WAITHALF);
  CLK = 0;
  __delay_us(WAIT);
  CLK = 1;
  CPORT = 1; // CLK INPUT
  DPORT = 1; // DAT INPUT

  __delay_us(WAIT);
}

// PCからのコマンドを処理する
void commandExec()
{
    switch(getCommand())
    {
        case 0xED: // LED点灯
            sendKeyCode(0xFA);
            getCommand(); // LEDは無いので無視
            sendKeyCode(0xFA);
            break;
        case 0xFF: // リセット
            sendKeyCode(0xFA);
            sendKeyCode(0xAA);
            break;
        case 0xF0: // スキャンコード
            sendKeyCode(0xFA);
            getCommand(); // コードセットは2
            sendKeyCode(0xFA);
            break;
        case 0xFE: // 再送要求?
            sendKeyCode(0); // 他のキーボードを参考にした
            break;
        case 0xEE: // Echo
            sendKeyCode(0xEE);
            break;
        default: // 他のコマンドにはACKを返すだけ
            sendKeyCode(0xFA);
            break;
    }
}

void main(void) {
    CVRCONbits.CVREN = 0; // コンパレータ電力カット
    CVRCONbits.CVROE = 0; // コンパレータ VrefをRA2から切り離し
    SSPCONbits.SSPEN = 0; // SPI/I2C無効 SCK SDO SDI SSはI/Oにする
    RCSTAbits.SPEN = 0; // シリアルポート無効 RC6/RC7はデジタルI/Oにする
    ADCON0 = 0b10000000; //TAD 1/20μs * 32 = 1.6μs
    ADCON1 = 0b10000010; // VREF使わない AN0〜RA4はアナログI/Oにする
    CMCON  = 0b00000111; // コンパレータOFF
    CCP1CON = 0b00000000; // CCP1(Capture/Compare/PWM)無効
    CCP2CON = 0b00000000; // CCP2無効
    // I/O設定 0.OUTPUT 1.INPUT
    TRISA  = 0b00101111; // AD入力
    TRISB  = 0b00000000;
    TRISC  = 0b00110000;
    // 出力 0.LOW 1.HI
    PORTA  = 0b00000000;
    PORTB  = 0b00000000;
    PORTC  = 0b00010000;
    
    // タイマー0設定 インターバル時間10msにする
    // クロック周期 20MHz×4 = 0.05μs×4 = 0.2μs
    // タイマーカウント数 = インターバル時間÷クロック周期 = 10000÷0.2 = 50000
    // プリスケーラ256にする 50000÷256 = 195.3125 ≒ 195カウント(TIMER_COUNT = 255-195)
    OPTION_REGbits.T0CS = 0; // TMR0クロックソースは内部クロック
    OPTION_REGbits.PSA = 0; // プリスケーラをTMR0へ割り当て
    OPTION_REGbits.PS = 0b111; // プリスケーラ256
    
    row = 0;
    head = 0;
    knum = 0;
    
    // キー状態初期化
    for(int i=0; i<6; i++)
        for(int j=0; j<5; j++)
            keyStat[i][j] = 0;
    
    __delay_ms(300); // PS/2→USBデバイス準備待ち
    
    // タイマー割り込み開始
    TMR0 = TIMER_COUNT;
    INTCONbits.TMR0IE = 1; // TMR0割り込みを許可
    INTCONbits.GIE = 1; // すべての割り込み許可

    while(1)
    {
        if(CLK == 0) // PCからのコマンド要求
        {
            INTCONbits.TMR0IE = 0; // TMR0割り込み禁止
            commandExec();
            INTCONbits.TMR0IE = 1; // TMR0割り込み許可
        }
        else
        {
            keycode = dequeue();
            if(keycode != 0xff)
            {
                sendKeyCode(keycode);
            }
        }
    }
    
    return;
}