玩單片機(jī)還可以，各個外設(shè)也都會驅(qū)動，但是如果讓你完整的寫一套代碼時，卻無邏輯與框架可言。這說明編程還處于比較低的水平，你需要學(xué)會一種好的編程框架或者一種編程思想！比如模塊化編程、狀態(tài)機(jī)編程、分層思想等，相關(guān)推薦：分享兩種單片機(jī)編程思想。

　　本文來說一下狀態(tài)機(jī)編程。

　　什么是狀態(tài)機(jī)？

　　狀態(tài)機(jī)（state machine）有5個要素：

　　狀態(tài)（state）

　　遷移（transiTIon）

　　事件（event）

　　動作（acTIon）

　　條件（guard）

　　狀態(tài)：一個系統(tǒng)在某一時刻所存在的穩(wěn)定的工作情況，系統(tǒng)在整個工作周期中可能有多個狀態(tài)。例如一部電動機(jī)共有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)這 3 種狀態(tài)。

　　一個狀態(tài)機(jī)需要在狀態(tài)集合中選取一個狀態(tài)作為初始狀態(tài)。

　　遷移：系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)的過程稱作遷移，遷移不是自動發(fā)生的，需要外界對系統(tǒng)施加影響。停轉(zhuǎn)的電動機(jī)自己不會轉(zhuǎn)起來，讓它轉(zhuǎn)起來必須上電。

　　事件：某一時刻發(fā)生的對系統(tǒng)有意義的事情，狀態(tài)機(jī)之所以發(fā)生狀態(tài)遷移，就是因?yàn)槌霈F(xiàn)了事件。對電動機(jī)來講，加正電壓、加負(fù)電壓、斷電就是事件。

　　動作：在狀態(tài)機(jī)的遷移過程中，狀態(tài)機(jī)會做出一些其它的行為，這些行為就是動作，動作是狀態(tài)機(jī)對事件的響應(yīng)。給停轉(zhuǎn)的電動機(jī)加正電壓，電動機(jī)由停轉(zhuǎn)狀態(tài)遷移到正轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時會啟動電機(jī)，這個啟動過程可以看做是動作，也就是對上電事件的響應(yīng)。

　　條件：狀態(tài)機(jī)對事件并不是有求必應(yīng)的，有了事件，狀態(tài)機(jī)還要滿足一定的條件才能發(fā)生狀態(tài)遷移。還是以停轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動機(jī)為例，雖然合閘上電了，但是如果供電線路有問題的話，電動機(jī)還是不能轉(zhuǎn)起來。

　　舉個例子

　　要解決的問題

　　電路如下圖：

　　器件包括單片機(jī)MCU、一按鍵K0、LED燈L1和L2。

　　實(shí)現(xiàn)功能描述：

　　L1L2狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序OFF/OFF--->ON/OFF--->ON/ON--->OFF/ON--->OFF/OFF

　　通過按鍵控制L1L2的狀態(tài)，每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換需連續(xù)按鍵5次

　　L1L2的初始狀態(tài)OFF/OFF

　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

　　在狀態(tài)機(jī)編程中，正確的順序應(yīng)該是先有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，后有程序，程序應(yīng)該是根據(jù)設(shè)計好的狀態(tài)圖寫出來的。

　　下面這張按鍵控制流水燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，是用UML（統(tǒng)一建模語言）的語法元素畫出來的，語法不是很標(biāo)準(zhǔn)，但拿來解釋問題足夠了。

　　上圖中，圓角矩形代表狀態(tài)機(jī)的各個狀態(tài)，里面標(biāo)注著狀態(tài)的名稱。

　　帶箭頭的直線或弧線代表狀態(tài)遷移，起于初態(tài)，止于次態(tài)。

　　圖中的文字內(nèi)容是對遷移的說明，格式是：事件[條件]/動作列表（后兩項(xiàng)可選）。

　　“事件[條件]/動作列表”要說明的意思是：如果在某個狀態(tài)下發(fā)生了“事件”，并且狀態(tài)機(jī)

　　滿足“[條件]”，那么就要執(zhí)行此次狀態(tài)轉(zhuǎn)移，同時要產(chǎn)生一系列“動作”，以響應(yīng)事件。在這個例子里，我用“KEY”表示擊鍵事件。

　　圖中有一個黑色實(shí)心圓點(diǎn)，表示狀態(tài)機(jī)在工作之前所處的一種不可知的狀態(tài)，在運(yùn)行之前狀態(tài)機(jī)必須強(qiáng)制地由這個狀態(tài)遷移到初始狀態(tài)，這個遷移可以有動作列表（如圖1所示），但不需要事件觸發(fā)。

　　圖中還有一個包含黑色實(shí)心圓點(diǎn)的圓圈，表示狀態(tài)機(jī)生命周期的結(jié)束，這個例子中的狀態(tài)機(jī)生生不息，所以沒有狀態(tài)指向該圓圈。

　　程序代碼

　　下面是根據(jù)上述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖寫成的代碼：

　　void main（void）{ sys_init（）； led_off（LED1）； led_off（LED2）； g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFOFF; g_stFSM.u8KeyCnt = 0;while（1） {if（test_key（）==TRUE）  {   fsm_acTIve（）；  }else  {   ; /*idle code*/  } }}void fsm_acTIve（void）{if（g_stFSM.u8KeyCnt > 3） /*擊鍵是否滿 5 次*/ {switch（g_stFSM.u8LedStat）  {case LS_OFFOFF:    led_on（LED1）； /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_ONOFF; /*狀態(tài)遷移*/break;case LS_ONOFF:    led_on（LED2）； /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_ONON; /*狀態(tài)遷移*/break;case LS_ONON:    led_off（LED1）； /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFON; /*狀態(tài)遷移*/break;case LS_OFFON:    led_off（LED2）； /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFOFF; /*狀態(tài)遷移*/break;default: /*非法狀態(tài)*/    led_off（LED1）；    led_off（LED2）；    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFOFF; /*恢復(fù)初始狀態(tài)*/break;  } }else {  g_stFSM.u8KeyCnt++; /*狀態(tài)不遷移，僅記錄擊鍵次數(shù)*/ }}

　　先看一下fsm_active（）這個函數(shù)，g_stFSM.u8KeyCnt = 0;這個語句在switch—case里共出現(xiàn)了 5 次，前 4 次是作為各個狀態(tài)遷移的動作出現(xiàn)的。從代碼簡化提高效率的角度來看，我們完全可以把這 5 次合并為 1 次放在 switch—case 語句之前，兩者的效果是完全一樣的，代碼里之所以這樣啰嗦，是為了清晰地表明每次狀態(tài)遷移中所有的動作細(xì)節(jié)，這種方式和上面狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖所要表達(dá)的意圖是完全一致的。

　　再看一下g_stFSM這個狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)體變量，它有兩個成員：u8LedStat和 u8KeyCnt。用這個結(jié)構(gòu)體來做狀態(tài)機(jī)好像有點(diǎn)兒啰嗦，我們能不能只用一個像 u8LedStat 這樣的整型變量來做狀態(tài)機(jī)呢？

　　當(dāng)然可以！我們把上圖中的這 4 個狀態(tài)各自拆分成 5 個小狀態(tài)，這樣用 20 個狀態(tài)同樣能實(shí)現(xiàn)這個狀態(tài)機(jī)，而且只需要一個 unsigned char 型的變量就足夠了，每次擊鍵都會引發(fā)狀態(tài)遷移， 每遷移 5 次就能改變一次 LED 燈的狀態(tài)，從外面看兩種方法的效果完全一樣。

　　假設(shè)我把功能要求改一下，把連續(xù)擊鍵5次改變L1L2的狀態(tài)改為連續(xù)擊鍵100次才能改變L1L2的狀態(tài)。這樣的話第二種方法需要4X100=400個狀態(tài)！而且函數(shù)fsm_active（）中的switch—case語句里要有400個case，這樣的程序還有法兒寫么？！

　　同樣的功能改動，如果用g_stFSM這個結(jié)構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的話，函數(shù)fsm_active（）只需要將if（g_stFSM.u8KeyCnt>3）改為if（g_stFSM.u8KeyCnt > 98）就可以了！

　　g_stFSM結(jié)構(gòu)體的兩個成員中，u8LedStat可以看作是質(zhì)變因子，相當(dāng)于主變量；u8KeyCnt可以看作是量變因子，相當(dāng)于輔助變量。量變因子的逐步積累會引發(fā)質(zhì)變因子的變化。

　　像g_stFSM這樣的狀態(tài)機(jī)被稱作Extended State Machine。

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