/* Elektronikhelper
Dieses Programm ist eine Unterstzützung in der Elektronik.
Es berechnet leichte rechnungsschritte.
Autor: Elena und Philip MR1 Semester
Firma: FHGR
Version 1.0
Datum 14.12.2024
Aenderungen:
V 1.0 14.12.2024 Erste Version
*/

// Bibliothek
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>

// Hilfsfunktionen
#define PI 3.141592653589793
#define BOLTZMANN 1.380649e-23
#define ELEMENTARLADUNG 1.602176634e-19

// Funktionen für Widerstandsberechnungen
void widerstand_berechnen() {
    double spannung, strom, widerstand;
    int auswahl;
    printf("\nWiderstandsberechnung (Ohmsches Gesetz):\n");
    printf("1. Widerstand berechnen\n");
    printf("2. Spannung berechnen\n");
    printf("3. Strom berechnen\n");
    printf("Wählen Sie eine Option: ");
    scanf("%d", &auswahl);

    switch (auswahl) {
        case 1:
            printf("Spannung (in Volt): ");
            scanf("%lf", &spannung);
            printf("Strom (in Ampere): ");
            scanf("%lf", &strom);

            if (strom != 0) {
                widerstand = spannung / strom;
                printf("Der Widerstand beträgt %.2f Ohm.\n", widerstand);
            } else {
                printf("Der Strom darf nicht null sein.\n");
            }
            break;
        case 2:
            printf("Widerstand (in Ohm): ");
            scanf("%lf", &widerstand);
            printf("Strom (in Ampere): ");
            scanf("%lf", &strom);

            if (widerstand > 0) {
                spannung = widerstand * strom;
                printf("Die Spannung beträgt %.2f Volt.\n", spannung);
            } else {
                printf("Der Widerstand muss größer als null sein.\n");
            }
            break;
        case 3:
            printf("Spannung (in Volt): ");
            scanf("%lf", &spannung);
            printf("Widerstand (in Ohm): ");
            scanf("%lf", &widerstand);

            if (widerstand > 0) {
                strom = spannung / widerstand;
                printf("Der Strom beträgt %.2f Ampere.\n", strom);
            } else {
                printf("Der Widerstand muss größer als null sein.\n");
            }
            break;
        default:
            printf("Ungültige Auswahl.\n");
    }
}

void parallelschaltung_berechnen() {
    int anzahl;
    double widerstand, gesamtwiderstand = 0;
    printf("\nParallelschaltung von Widerständen:\n");
    printf("Anzahl der Widerstände: ");
    scanf("%d", &anzahl);

    for (int i = 0; i < anzahl; i++) {
        printf("Widerstand %d (in Ohm): ", i + 1);
        scanf("%lf", &widerstand);
        if (widerstand > 0) {
            gesamtwiderstand += 1 / widerstand;
        } else {
            printf("Ein Widerstand muss größer als null sein.\n");
            return;
        }
    }

    if (gesamtwiderstand > 0) {
        gesamtwiderstand = 1 / gesamtwiderstand;
        printf("Der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung beträgt %.2f Ohm.\n", gesamtwiderstand);
    }
}

void reihenschaltung_berechnen() {
    int anzahl;
    double widerstand, gesamtwiderstand = 0;
    printf("\nReihenschaltung von Widerständen:\n");
    printf("Anzahl der Widerstände: ");
    scanf("%d", &anzahl);

    for (int i = 0; i < anzahl; i++) {
        printf("Widerstand %d (in Ohm): ", i + 1);
        scanf("%lf", &widerstand);
        if (widerstand > 0) {
            gesamtwiderstand += widerstand;
        } else {
            printf("Ein Widerstand muss größer als null sein.\n");
            return;
        }
    }

    printf("Der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung beträgt %.2f Ohm.\n", gesamtwiderstand);
}

void komplexe_schaltung_berechnen() {
    int anzahlReihen, anzahlParallel;
    double reihenWiderstand = 0, parallelWiderstand = 0, gesamtwiderstand = 0;

    printf("\nBerechnung komplexer Netzwerke:\n");

    // Reihenschaltung
    printf("Anzahl der Widerstände in der Reihenschaltung: ");
    scanf("%d", &anzahlReihen);
    for (int i = 0; i < anzahlReihen; i++) {
        double widerstand;
        printf("Widerstand %d (in Ohm): ", i + 1);
        scanf("%lf", &widerstand);
        if (widerstand > 0) {
            reihenWiderstand += widerstand;
        } else {
            printf("Ein Widerstand muss größer als null sein.\n");
            return;
        }
    }

    // Parallelschaltung
    printf("Anzahl der Widerstände in der Parallelschaltung: ");
    scanf("%d", &anzahlParallel);
    for (int i = 0; i < anzahlParallel; i++) {
        double widerstand;
        printf("Widerstand %d (in Ohm): ", i + 1);
        scanf("%lf", &widerstand);
        if (widerstand > 0) {
            parallelWiderstand += 1 / widerstand;
        } else {
            printf("Ein Widerstand muss größer als null sein.\n");
            return;
        }
    }

    if (parallelWiderstand > 0) {
        parallelWiderstand = 1 / parallelWiderstand;
    }

    // Gesamtwiderstand
    gesamtwiderstand = reihenWiderstand + parallelWiderstand;
    printf("Der Gesamtwiderstand des Netzwerks beträgt %.2f Ohm.\n", gesamtwiderstand);
}

// Spannungsteiler-Funktion
void spannungsteiler_berechnen() {
    int anzahl;
    double vin, vout, gesamtwiderstand = 0;
    printf("\nSpannungsteiler-Berechnung:\n");
    printf("Anzahl der Widerstände im Spannungsteiler: ");
    scanf("%d", &anzahl);

    double widerstaende[anzahl];
    for (int i = 0; i < anzahl; i++) {
        printf("Widerstand R%d (in Ohm): ", i + 1);
        scanf("%lf", &widerstaende[i]);
        gesamtwiderstand += widerstaende[i];
    }

    printf("Eingangsspannung Vin (in Volt): ");
    scanf("%lf", &vin);

    for (int i = 0; i < anzahl; i++) {
        vout = vin * (widerstaende[i] / gesamtwiderstand);
        printf("Spannung über R%d beträgt %.2f Volt.\n", i + 1, vout);
    }
}

// Leistungsberechnung
void leistung_berechnen() {
    double spannung, strom, leistung;
    int auswahl;
    printf("\nLeistungsberechnung:\n");
    printf("1. Leistung berechnen (benötigt Spannung und Strom)\n");
    printf("2. Spannung berechnen (benötigt Leistung und Strom)\n");
    printf("3. Strom berechnen (benötigt Leistung und Spannung)\n");
    printf("Wählen Sie eine Option: ");
    scanf("%d", &auswahl);

    switch (auswahl) {
        case 1:
            printf("Spannung (in Volt): ");
            scanf("%lf", &spannung);
            printf("Strom (in Ampere): ");
            scanf("%lf", &strom);

            leistung = spannung * strom;
            printf("Die Leistung beträgt %.2f Watt.\n", leistung);
            break;
        case 2:
            printf("Leistung (in Watt): ");
            scanf("%lf", &leistung);
            printf("Strom (in Ampere): ");
            scanf("%lf", &strom);

            if (strom > 0) {
                spannung = leistung / strom;
                printf("Die Spannung beträgt %.2f Volt.\n", spannung);
            } else {
                printf("Der Strom muss größer als null sein.\n");
            }
            break;
        case 3:
            printf("Leistung (in Watt): ");
            scanf("%lf", &leistung);
            printf("Spannung (in Volt): ");
            scanf("%lf", &spannung);

            if (spannung > 0) {
                strom = leistung / spannung;
                printf("Der Strom beträgt %.2f Ampere.\n", strom);
            } else {
                printf("Die Spannung muss größer als null sein.\n");
            }
            break;
        default:
            printf("Ungültige Auswahl.\n");
    }
}

// Weitere Funktionen (Dioden, Transistoren, Kondensatoren, LEDs, Knoten-/Maschenregel)
void dioden_berechnen() {
    double temperatur, schwellenspannung, is, strom;
    printf("\nDioden-Berechnung:\n");
    printf("Geben Sie die Temperatur (in Kelvin) ein: ");
    scanf("%lf", &temperatur);
    printf("Geben Sie den Sättigungsstrom Is (in Ampere) ein: ");
    scanf("%lf", &is);
    printf("Geben Sie die Schwellenspannung der Diode (in Volt) ein: ");
    scanf("%lf", &schwellenspannung);

    double vt = (BOLTZMANN * temperatur) / ELEMENTARLADUNG;
    strom = is * (exp(schwellenspannung / vt) - 1);
    printf("Der Strom durch die Diode beträgt %.6f Ampere.\n", strom);
}

void transistor_berechnen() {
    double verstaerkung, basisstrom, kollektorstrom, saettigungsspannung;
    printf("\nTransistor-Berechnung:\n");
    printf("Verstärkungsfaktor (hFE): ");
    scanf("%lf", &verstaerkung);
    printf("Basisstrom (in Ampere): ");
    scanf("%lf", &basisstrom);

    kollektorstrom = verstaerkung * basisstrom;
    printf("Der Kollektorstrom beträgt %.6f Ampere.\n", kollektorstrom);

    printf("Sättigungsspannung (in Volt): ");
    scanf("%lf", &saettigungsspannung);
    printf("Die Sättigungsspannung beträgt %.2f Volt.\n", saettigungsspannung);
}

void kondensator_berechnen() {
    double kapazitaet, spannung, energie, zeit, widerstand;
    printf("\nKondensator-Berechnung:\n");
    printf("kapazität (in Farad): ");
    scanf("%lf", &kapazitaet);
    printf("Spannung (in Volt): ");
    scanf("%lf", &spannung);

    energie = 0.5 * kapazitaet * pow(spannung, 2);
    printf("Die Energie im Kondensator beträgt %.6f Joule.\n", energie);

    printf("Entladezeit berechnen? (1 für Ja, 0 für Nein): ");
    int wahl;
    scanf("%d", &wahl);

    if (wahl == 1) {
        printf("Widerstand (in Ohm): ");
        scanf("%lf", &widerstand);
        zeit = kapazitaet * widerstand;
        printf("Die Zeitkonstante betraegt %.2f Sekunden.\n", zeit);
    }
}

void led_vorwiderstand_berechnen() {
    double betriebsspannung, durchlassspannung, strom, vorwiderstand, verlustleistung;
    printf("\nLED-Vorwiderstandsberechnung:\n");
    printf("Betriebsspannung (in Volt): ");
    scanf("%lf", &betriebsspannung);
    printf("Durchlassspannung der LED (in Volt): ");
    scanf("%lf", &durchlassspannung);
    printf("Strom durch die LED (in Ampere): ");
    scanf("%lf", &strom);

    vorwiderstand = (betriebsspannung - durchlassspannung) / strom;
    verlustleistung = pow((betriebsspannung - durchlassspannung), 2) / vorwiderstand;

    printf("Der Vorwiderstand beträgt %.2f Ohm.\n", vorwiderstand);
    printf("Die maximale Verlustleistung des Widerstands beträgt %.2f Watt.\n", verlustleistung);
}

void knotenregel_berechnen() {
    int n;  // Anzahl der Ströme und Spannungen
    float sum_current = 0.0, current;

    // Knotenregel: Ströme berechnen
    printf("Geben Sie die Anzahl der Stroeme ein im Knoten: ");
    scanf("%d", &n);

    printf("Geben Sie die Stroeme ein (in Ampere):\n");
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        printf("Strom %d: ", i);
        scanf("%f", &current);
        sum_current += current;  // Ströme addieren
    }

    printf("\nSumme der Ströme: %.2f A\n", sum_current);
    if (sum_current == 0) {
        printf("Der Knoten erfüllt die Knotenregel (Summe der Ströme ist null).\n");
    } else {
        printf("Der Knoten erfüllt die Knotenregel nicht (Summe der Ströme ist %.2f).\n", sum_current);
    }

}

void maschenregel_berechnen() {
    int n;  // Anzahl der Ströme und Spannungen
    float sum_voltage = 0.0, voltage;
    // Maschenregel: Spannungen berechnen
    printf("\nGeben Sie die Anzahl der Spannungen in einer Masche ein: ");
    scanf("%d", &n);

    printf("Geben Sie die Spannungen ein (in Volt):\n");
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        printf("Spannung %d: ", i);
        scanf("%f", &voltage);
        sum_voltage += voltage;  // Spannungen addieren
    }

    // Überprüfung der Maschenregel
    printf("\nSumme der Spannungen: %.2f V\n", sum_voltage);
    if (sum_voltage == 0) {
        printf("Die Masche erfüllt die Maschenregel (Summe der Spannungen ist null).\n");
    } else {
        printf("Die Masche erfüllt die Maschenregel nicht (Summe der Spannungen ist %.2f).\n", sum_voltage);
    }
}

int Fehlenden_Elektronik_main() {
    char auswahl[21] = {0};
    long auswahl_int = 0;
    char *endptr;

    do {
        printf("\nElektronik-Berechnungstool:\n");
        printf("1. Widerstandsberechnung (Ohmsches Gesetz)\n");
        printf("2. Parallelschaltung von Widerständen\n");
        printf("3. Reihenschaltung von Widerständen\n");
        printf("4. Komplexe Netzwerke\n");
        printf("5. Spannungsteiler\n");
        printf("6. Leistungsberechnung\n");
        printf("7. Dioden-Berechnung\n");
        printf("8. Transistor-Berechnung\n");
        printf("9. Kondensator-Berechnung\n");
        printf("10. LED-Vorwiderstandsberechnung\n");
        printf("11. Knotenregel-Berechnung\n");
        printf("12. Maschenregel-Berechnung\n");
        printf("0. Beenden\n");
        printf("Wählen Sie eine Option: ");
        scanf("%20s", auswahl);
        auswahl_int = strtol((const char*)auswahl, &endptr, 10);

        if (*endptr != 0){
            auswahl_int = -1;
        }
        if (*endptr == 'q'){
        return 10;
        }

        switch (auswahl_int) {
            case 1: widerstand_berechnen(); break;
            case 2: parallelschaltung_berechnen(); break;
            case 3: reihenschaltung_berechnen(); break;
            case 4: komplexe_schaltung_berechnen(); break;
            case 5: spannungsteiler_berechnen(); break;
            case 6: leistung_berechnen(); break;
            case 7: dioden_berechnen(); break;
            case 8: transistor_berechnen(); break;
            case 9: kondensator_berechnen(); break;
            case 10: led_vorwiderstand_berechnen(); break;
            case 11: knotenregel_berechnen(); break;
            case 12: maschenregel_berechnen(); break;
            case 0: printf("Programm beendet.\n"); break;
            default: printf("Ungültige Auswahl.\n");
        }
    } while (auswahl_int != 0);

    return 0;
}