单片机状态机编程详解（状态转换图）

不知道大家有没有这样的感觉，就是玩MCU还可以，所有的功能模块都可以驱动，但是如果写一套完整的代码。却无逻辑与框架可言，上来就是开始写！东抄抄西抄抄。

说明编程还处于比较低的水平，那么如何才能提高自己的编程水平呢？学会一种好的编程框架或者一种编程思想，可能会受用终生！比如模块化编程，框架式编程，状态机编程等等，都是一种好的框架。

今天说的就是状态机编程，由于篇幅较长，大家慢慢欣赏。那么状态机是一个这样的东东？状态机(state machine)有5个要素，分别是状态(state)、迁移(transition)、事件(event)、动作(action)、条件(guard)。

什么是状态机？

状态机是一个这样的东东：状态机(state machine)有 5 个要素，分别是状态(state)、迁移(transition)、事件(event)、动作(action)、条件(guard)。

状态 ：一个系统在某一时刻所存在的稳定的工作情况，系统在整个工作周期中可能有多个状态。例如一部电动机共有正转、反转、停转这 3 种状态。

一个状态机需要在状态集合中选取一个状态作为初始状态。

迁移 ：系统从一个状态转移到另一个状态的过程称作迁移，迁移不是自动发生的 ，需要外界对系统施加影响。停转的电动机自己不会转起来，让它转起来必须上电。

事件 ：某一时刻发生的对系统有意义的事情，状态机之所以发生状态迁移，就是因为出现了事件。对电动机来讲，加正电压、加负电压、断电就是事件 。

动作 ：在状态机的迁移过程中，状态机会做出一些其它的行为，这些行为就是动作 ，动作是状态机对事件的响应。给停转的电动机加正电压，电动机由停转状态迁移到正转状态，同时会启动电机，这个启动过程可以看做是动作，也就是对上电事件的响应。

条件 ：状态机对事件并不是有求必应的，有了事件，状态机还要满足一定的条件才能发生状态迁移 。还是以停转状态的电动机为例，虽然合闸上电了，但是如果供电线路有问题的话，电动机还是不能转起来。

只谈概念太空洞了，上一个小例子：一单片机、一按键、俩 LED 灯(记为L1和L2)、一人， 足矣！

规则描述：

1、L1L2状态转换顺序OFF/OFF--->ON/OFF--->ON/ON--->OFF/ON--->OFF/OFF

2、通过按键控制L1L2的状态,每次状态转换需连续按键5次

3、L1L2的初始状态OFF/OFF

实际上在状态机编程中，正确的顺序应该是先有状态转换图，后有程序，程序应该是根据设计好的状态图写出来的 。不过考虑到有些童鞋会觉得代码要比转换图来得亲切，我就先把程序放在前头了。

这张状态转换图是用UML(统一建模语言)的语法元素画出来的，语法不是很标准，但拿来解释问题足够了。

图2按键控制流水灯状态转换图

程序清单代码需移步 ---戳进-->单片机状态机编程详解

单片机编程中的状态机浅析

说到单片机编程，不得不说到状态机，状态机做为软件编程的主要架构已经在各种语言中应用，当然包括C语言，在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。灵活的应用状态机不仅是程序更高效，而且可读性和扩展性也很好。状态无处不在，状态中有状态，只要掌握了这种思维，让它成为您编程中的一种习惯，相信您会受益匪浅。

状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。 这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果联系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：

①现态： 是指当前所处的状态。

②条件： 又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。

③动作： 条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。

④次态： 条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

如果我们进一步归纳，把“现态”和“次态”统一起来，而把“动作”忽略(降格处理)，则只剩下两个最关键的要素，即：状态、迁移条件。

状态机的表示要领有许多种，我们可以用文字、图形或表格的形式来表示一个状态机。

举个简单的例子：就按键处理来说，击键动作本身也可以看做一个状态机。一个细小的击键动作包含了：释放、抖动、闭合、抖动和重新释放等状态。 当我们打开思路，把状态机作为一种思想导入到程序中去时，就会找到处理疑问的一条有效的捷径。有时候用状态机的思维去思考程序该干什么，比用控制流程的思维去思考，可能会更有效。这样一来状态机便有了更实际的功用。废话不多说，实践才是检验真理的唯一标准。

也许有人觉得状态机把问题复杂化了，其实做过软件设计的人无形之中已经在用状态机，下面就总结介绍几种状态机。

第一种：switch case结构状态机

　switch()。

case1:。

if(not反复执行状态1)。

进入1状态前要做的准备。

进入1状态的过程。

if(not反复执行状态1)。

离开状态1的过程。

case2:。

...。

但这种方式不能很有效预定义所有的状态，也不能把这些状态之间的切换过程合理的定义出来，“状态”本身没有一个合理的定义，几乎是一种面向过程的方式，只过这种方式足够简单，也最容易让人接受，缺点就没有“状态”的定义和指派功能，导致状态的混乱，出现状态处理重复代码，甚至处理不一致的问题，按照OO的观念，状态描述本来就应该是一种实体。

第二种状态机：ifelse语句结构状态机

这种状态机相对灵活一点，但对于一些大的项目，系统软件设计会相对复杂。

以上2种状态机是是大家接触最多的，也是经常用到的，这里不多说了。下面重点谈谈第三种状态机。

第三种状态机：消息触发状态机

该类型的状态机实现方式也是很多的，形态多样，但万变不离其宗的就是状态机的4要素及现态、条件、动作、次态。

下面介绍一种消息触发类型的状态机。

基于消息驱动的状态机机制

原理：一旦有消息触发，系统服务函数立即寻找所在状态的消息与消息处理函数对，找到后执行消息处理函数

步骤：

1.添加消息与消息映射

…

BEGIN_MESSAGE_ MAP(Name,Count) ：状态机名，消息数

ADD_NEW_MSG_ITEM (Msg,OnMsg) ：消息与消息处理函数

END_MESSAGE_MAP：结束

…

2.在这里注册

BEGIN_Register_Task：头

...

ADD_Register_Task(Name,Count)：状态机名，消息数

...

END_Register_Task：尾

1.划分电子秤状态，完成以上步骤后，完成OnMsg消息处理函数

Void OnMsg(void)

{

…

}

说明：以上用宏完成，具体宏是如下定义：

#defineBEGIN_MESSAGE_MAP(Name,Count) constMSG_NODE_TYP MSG_node_Array_##Name[(Count)]={

#define ADD_NEW_MSG_ITEM(Msg,OnMsg) {Msg,OnMsg},

#define END_MESSAGE_MAP };

#define BEGIN_Register_Task const MSG_MAP TaskMap[TotalTask]={

#define ADD_Register_Task(Name,Count) {(MSG_NODE_TYP*)MSG_node_Array_##Name,Count},

#define END_Register_Task };

从以上代码可知：

1. 添加消息与消息映射实际上是定义消息与消息处理函数对的数组，以形成一个表

2. 注册状态机实际上是把所有消息对数组的入口定义成一个数组，以形成一个表

消息是如何被执行的？

分发消息

void Default_DisposeMessage(unsigned char *pMsg)

{

unsigned chari;

unsigned charcount=TaskMap[g_Status].cItemCount;//定位到状态表

for(i=0;i<count;i++)< span="">

{

if(*pMsg==TaskMap[g_Status].pMsgItems.msg)//看能否匹配消息

{

TaskMap[g_Status].pMsgItems.pMsgFunc();//找到就执行消息处理函数

return;

}

}

}

void DispatchMessage(unsigned char*pMsg)

{

if(*pMsg)

{

Default_DisposeMessage(pMsg);

}

}

核心函数：消息处理中心

void Message_Dispose_Central(void)

{

BYTE Msg;

while(GetMessage(&Msg)) //获取消息

{

TranslateMessage(&Msg); //解释消息

DispatchMessage(&Msg); //分发消息

}

}

大家在使用单片机的时候，怎么灵活使用状态机思想的呢，欢迎大家留言评论。

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