????玩單片機還可以，各個外設也都會驅(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)機編程、分層思想等，相關(guān)推薦:分享兩種單片機編程思想。

????本文來說一下狀態(tài)機編程。

什么是狀態(tài)機？

????狀態(tài)機(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)。例如一部電動機共有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)這 3 種狀態(tài)。

????一個狀態(tài)機需要在狀態(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)機之所以發(fā)生狀態(tài)遷移，就是因為出現(xiàn)了事件。對電動機來講，加正電壓、加負電壓、斷電就是事件。

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

????條件：狀態(tài)機對事件并不是有求必應的，有了事件，狀態(tài)機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MCU、一按鍵K0、LED燈L1和L2。

? ? 實現(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)機編程中，正確的順序應該是先有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，后有程序，程序應該是根據(jù)設計好的狀態(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，語法不是很標準，但拿來解釋問題足夠了。

????上圖中，圓角矩形代表狀態(tài)機的各個狀態(tài)，里面標注著狀態(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

????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。

????圖中有一個黑色實心圓點，表示狀態(tài)機在工作之前所處的一種不可知的狀態(tài)，在運行之前狀態(tài)機必須強制地由這個狀態(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心圓點的圓圈，表示狀態(tài)機生命周期的結(jié)束，這個例子中的狀態(tài)機生生不息，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節(jié)，這種方式和上面狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖所要表達的意圖是完全一致的。

????再看一下g_stFSM這個狀態(tài)機結(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)機好像有點兒啰嗦，我們能不能只用一個像 u8LedStat 這樣的整型變量來做狀態(tài)機呢？

????當然可以！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)同樣能實現(xiàn)這個狀態(tài)機，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)體來實現(xiàn)狀態(tài)機的話，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，相當于主變量；u8KeyCnt可以看作是量變因子，相當于輔助變量。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)機被稱作Extended State Machine。