本實驗要求撰寫一支 C 程式，透過 Device Alpha 實驗板（LED、蜂鳴器、加熱器、溫度感測器、七段顯示器、按鈕）完成一個「多次溫度讀取並計算平均值」的流程。題目的完整要求如下：

1. 程式開頭必須包含指定格式的註解（程式名稱、作者、日期、目的）。

2. 程式流程：

   1. 點亮藍色 LED，詢問使用者要讀取幾次溫度。

   2. 取得有效輸入後：關閉藍色 LED、開啟加熱器（HEATER）、點亮綠色 LED。

   3. 每一次讀取：先在七段顯示器顯示目前讀取編號（1、2、3、…），暫停 100 毫秒後才讀取溫度（讓顯示器更新、感測器穩定）。

   4. 兩次讀取之間暫停 1 秒；暫停期間關閉綠色 LED、點亮黃色 LED；暫停結束後關閉黃色 LED、重新點亮綠色 LED。

   5. 完成指定次數後：關閉加熱器，計算並回報平均溫度（溫度須使用適當型別 double），並將平均溫度以小數點後 2 位顯示在七段顯示器上。

   6. 程式結束前，必須等待使用者按下任意按鈕並放開後才結束。

3. 解法中必須使用 for 迴圈。

4. 輸入驗證：若使用者輸入無效值（非數字、0 或負數），必須顯示「Not a valid amount!」訊息，開啟蜂鳴器（BUZZER）與紅色 LED，等待使用者按下並放開任意按鈕後，關閉蜂鳴器與紅色 LED，再重新詢問一次。

5. 程式結構須正確使用 Tab 縮排，變數命名須使用具描述性的小駝峰式（camelCase）名稱，此部分列入評分。

6. 檔案命名為 lab8.c，上傳至 Blackboard。

DisplayIntValue(intVar);              /* 七段顯示器顯示整數        */
SetHeaterState(HEATER, ON);           /* 加熱器開                  */
SetHeaterState(HEATER, OFF);          /* 加熱器關                  */
double temperature;
temperature = GetTemperature(TEMPERATURE_SENSOR);   /* 讀取溫度 */
DisplayDoubleValue(varDouble, 2);     /* 顯示浮點數，指定小數位數  */

問題分析

硬體裝置與其角色

程式流程

整個程式可以拆成三大階段：

階段一（輸入與驗證）：藍色 LED 亮 \(\rightarrow\) 詢問次數 \(\rightarrow\) 若輸入無效（非數字／0／負數）則警報、等按鈕、重問，直到取得正整數。

階段二（量測迴圈，必須用 for）：藍燈滅、加熱器開、綠燈亮 \(\rightarrow\) 對第 \(i\) 次讀取（\(i = 1 \ldots n\)）：七段顯示 \(i\) \(\rightarrow\) 等 100 ms \(\rightarrow\) 讀溫度並累加 \(\rightarrow\) 若還有下一次，切換綠燈\(\to\)黃燈、等 1 秒、再切回綠燈。

階段三（結果與結束）：加熱器關 \(\rightarrow\) 計算平均值 \(=\) 總和 \(\div\) 次數 \(\rightarrow\) 以 2 位小數顯示 \(\rightarrow\) 等待按鈕「按下再放開」\(\rightarrow\) 程式結束。

幾個關鍵的設計決策

1. 溫度使用 double 型別：溫度是連續量，且平均值需要小數點後 2 位，整數型別會流失精度，故總和、單次讀值、平均值皆宣告為 double。

2. 如何偵測「非數字」輸入：scanf("%d", &n) 的回傳值代表成功讀入的項目數。輸入 FIFTY 時回傳 0，代表轉換失敗；此時字元仍留在輸入緩衝區內，必須用 getchar() 迴圈把整行清空，否則下一次 scanf 會立刻再失敗而造成無窮迴圈。

3. 驗證條件：inputStatus != 1（非數字）或 numberOfReadings <= 0（0 或負數），兩者任一成立就是無效輸入。

4. 「按下並放開」的寫法：需要兩個連續的等待迴圈——第一個迴圈在按鈕為 RELEASED 時空轉（等待按下），第二個迴圈在按鈕為 PRESSED 時空轉（等待放開）。只寫一個迴圈無法保證使用者已放開按鈕。

5. 黃燈暫停只出現在「兩次讀取之間」：題目說 “Between each temperature reading”，因此最後一次讀取之後不需要再暫停 1 秒，用 if (readingNumber < numberOfReadings) 判斷即可。

逐步解題過程

步驟 1：檔頭註解與變數宣告

依題目規定放上檔頭註解，並用小駝峰式命名宣告變數：

int    numberOfReadings = 0;    /* 使用者要讀取的次數       */
int    readingNumber;           /* for 迴圈計數器 1,2,3,... */
int    inputStatus;             /* scanf 的回傳值           */
double currentTemperature;      /* 單次溫度讀值             */
double totalTemperature = 0.0;  /* 溫度總和（累加用）       */
double averageTemperature;      /* 平均溫度                 */

注意 totalTemperature 一定要初始化為 0.0，否則累加結果是垃圾值。

步驟 2：點亮藍燈並取得有效輸入

SetLEDState(BLUE_LED, ON);
printf("How many temperature readings will be taken? ");
inputStatus = scanf("%d", &numberOfReadings);

while (inputStatus != 1 || numberOfReadings <= 0)
{
    while (getchar() != '\n')
        ;                            /* 清空輸入緩衝區 */
    printf("Not a valid amount!\n");

    SetBuzzerState(BUZZER, ON);      /* 警報開始 */
    SetLEDState(RED_LED, ON);
    while (GetPushButtonState(ANY_PUSHBUTTON) == RELEASED)
        ;                            /* 等待按下 */
    while (GetPushButtonState(ANY_PUSHBUTTON) == PRESSED)
        ;                            /* 等待放開 */
    SetBuzzerState(BUZZER, OFF);     /* 警報結束 */
    SetLEDState(RED_LED, OFF);

    printf("How many temperature readings will be taken? ");
    inputStatus = scanf("%d", &numberOfReadings);
}

這裡用 while 做輸入驗證是合理的（題目只要求解法中「必須用到」for 迴圈，量測主體用 for），因為重試次數事先未知，屬於「條件式迴圈」的典型場景。

步驟 3：切換到量測狀態

SetLEDState(BLUE_LED, OFF);
SetHeaterState(HEATER, ON);
SetLEDState(GREEN_LED, ON);

步驟 4：for 迴圈進行 n 次量測

這是本實驗的核心。計數器從 1 開始到 numberOfReadings，如此七段顯示器直接顯示 readingNumber 就是題目要的 1、2、3、…：

for (readingNumber = 1; readingNumber <= numberOfReadings; readingNumber++)
{
    DisplayIntValue(readingNumber);          /* 顯示讀取編號   */
    Wait(100);                               /* 100 ms 穩定期  */

    currentTemperature = GetTemperature(TEMPERATURE_SENSOR);
    totalTemperature = totalTemperature + currentTemperature;

    if (readingNumber < numberOfReadings)    /* 只在「之間」暫停 */
    {
        SetLEDState(GREEN_LED, OFF);
        SetLEDState(YELLOW_LED, ON);
        Wait(1000);                          /* 1 秒暫停       */
        SetLEDState(YELLOW_LED, OFF);
        SetLEDState(GREEN_LED, ON);
    }
}

步驟 5：計算並顯示平均溫度

SetHeaterState(HEATER, OFF);
SetLEDState(GREEN_LED, OFF);

averageTemperature = totalTemperature / numberOfReadings;

printf("The average temperature from %d readings is %.2f\n",
       numberOfReadings, averageTemperature);
DisplayDoubleValue(averageTemperature, 2);   /* 七段顯示 2 位小數 */

由於 totalTemperature 是 double，除以 int 時會自動提升為浮點除法，不會發生整數除法截斷的問題。

步驟 6：等待按鈕後結束

while (GetPushButtonState(ANY_PUSHBUTTON) == RELEASED)
    ;                                        /* 等待按下 */
while (GetPushButtonState(ANY_PUSHBUTTON) == PRESSED)
    ;                                        /* 等待放開 */
return 0;

完整程式碼（lab8.c）

如何編譯與執行

在學校的 Device Alpha 環境（正式繳交）

1. 在實驗室電腦開啟 Device Alpha 開發環境，建立新專案並將 lab8.c 加入專案（或直接貼上程式碼）。

2. 確認專案已包含課程提供的官方 deviceAlpha.h（本文件附的模擬用標頭檔不要一起繳交）。

3. 編譯並執行，依照畫面提示輸入讀取次數，觀察 LED、加熱器、七段顯示器的動作是否符合題目要求。

4. 測試無效輸入：輸入 FIFTY、0、-5，確認會顯示錯誤訊息、蜂鳴器與紅燈亮起、按下並放開按鈕後重新詢問。

5. 確認無誤後，將 lab8.c（記得把檔頭註解的姓名與日期改成自己的）上傳到 Blackboard 的 Assignments 資料夾。

在一般電腦上測試（使用附帶的模擬標頭檔）

沒有實驗板時，可以使用本解答附的 deviceAlpha.h 模擬器：它把 LED／加熱器／蜂鳴器的動作印成 [SIM] 訊息、七段顯示器印成 [7SEG] 訊息，溫度感測器回傳「開加熱器會逐漸升溫＋少量雜訊」的模擬值，按鈕則會自動模擬「按下再放開」。

$ gcc -Wall -Wextra -std=c99 -o lab8 lab8.c
$ ./lab8

實際執行範例（模擬器輸出）

輸入依序為 FIFTY（無效）、-3（無效）、3（有效）：

[SIM] BLUE LED ON
How many temperature readings will be taken? Not a valid amount!
        [SIM] BUZZER ON
        [SIM] RED LED ON
        [SIM] (waiting for a button... auto-pressing)
        [SIM] BUZZER OFF
        [SIM] RED LED OFF
How many temperature readings will be taken? Not a valid amount!
        [SIM] BUZZER ON
        [SIM] RED LED ON
        [SIM] BUZZER OFF
        [SIM] RED LED OFF
How many temperature readings will be taken? 3
        [SIM] BLUE LED OFF
        [SIM] HEATER ON
        [SIM] GREEN LED ON
        [7SEG] 1
        [SIM] GREEN LED OFF
        [SIM] YELLOW LED ON
        [SIM] YELLOW LED OFF
        [SIM] GREEN LED ON
        [7SEG] 2
        [SIM] GREEN LED OFF
        [SIM] YELLOW LED ON
        [SIM] YELLOW LED OFF
        [SIM] GREEN LED ON
        [7SEG] 3
        [SIM] HEATER OFF
        [SIM] GREEN LED OFF
The average temperature from 3 readings is 21.62
        [7SEG] 21.62

常見錯誤與評分要點

1. 忘記清空輸入緩衝區：輸入 FIFTY 後若不清緩衝區，scanf 會不斷失敗造成無窮迴圈。這是本題最容易踩到的陷阱。

2. 用 int 存溫度：平均溫度會被截斷成整數，無法顯示 2 位小數，會被扣分。

3. 只檢查非數字、漏掉 0 與負數（或反過來）：驗證條件必須同時涵蓋兩種情況。

4. 最後一次讀取後仍暫停 1 秒：題意是「兩次讀取之間」暫停；雖然多半不會重扣，但精確的寫法應加上 if 判斷。

5. 按鈕只等「按下」沒等「放開」：題目明確要求 press and release，需要兩個等待迴圈。

6. 結構與命名：記得用 Tab 縮排、描述性 camelCase 變數名（如 numberOfReadings 而非 n），檔頭註解格式要與題目一致，這些都直接列入評分。

7. 沒有使用 for 迴圈：量測主體若寫成 while，會違反題目第 3 點的硬性規定。