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

????本文來說一下狀態機編程。

什么是狀態機？

????狀態機(state machine)有5個要素：

• 狀態(state)

• 遷移(transition)

• 事件(event)

• 動作(action)

• 條件(guard)

????狀態：一個系統在某一時刻所存在的穩定的工作情況，系統在整個工作周期中可能有多個狀態。例如一部電動機共有正轉、反轉、停轉這 3 種狀態。

????一個狀態機需要在狀態集合中選取一個狀態作為初始狀態。

????遷移：系統從一個狀態轉移到另一個狀態的過程稱作遷移，遷移不是自動發生的，需要外界對系統施加影響。停轉的電動機自己不會轉起來，讓它轉起來必須上電。

????事件：某一時刻發生的對系統有意義的事情，狀態機之所以發生狀態遷移，就是因為出現了事件。對電動機來講，加正電壓、加負電壓、斷電就是事件。

????動作：在狀態機的遷移過程中，狀態機會做出一些其它的行為，這些行為就是動作，動作是狀態機對事件的響應。給停轉的電動機加正電壓，電動機由停轉狀態遷移到正轉狀態，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：狀態機對事件并不是有求必應的，有了事件，狀態機還要滿足一定的條件才能發生狀態遷移。還是以停轉狀態的電動機為例，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。

? ? 實現功能描述：

• L1L2狀態轉換順序OFF/OFF--->ON/OFF--->ON/ON--->OFF/ON--->OFF/OFF

• 通過按鍵控制L1L2的狀態,每次狀態轉換需連續按鍵5次

• L1L2的初始狀態OFF/OFF

狀態轉換圖

????在狀態機編程中，正確的順序應該是先有狀態轉換圖，后有程序，程序應該是根據設計好的狀態圖寫出來的。

? ? 下面這張按鍵控制流水燈狀態轉換圖，是用UML(統一建模語言)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，圓角矩形代表狀態機的各個狀態，里面標注著狀態的名稱。

????帶箭頭的直線或弧線代表狀態遷移，起于初態，止于次態。

????圖中的文字內容是對遷移的說明，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：如果在某個狀態下發生了“事件”，并且狀態機

????滿足“[條件]”，那么就要執行此次狀態轉移，同時要產生一系列“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，表示狀態機在工作之前所處的一種不可知的狀態，在運行之前狀態機必須強制地由這個狀態遷移到初始狀態，這個遷移可以有動作列表(如圖1所示)，但不需要事件觸發。

????圖中還有一個包含黑色實心圓點的圓圈，表示狀態機生命周期的結束，這個例子中的狀態機生生不息，所以沒有狀態指向該圓圈。

程序代碼

????下面是根據上述狀態轉換圖寫成的代碼：

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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; /*狀態遷移*/break;case LS_ONOFF:    led_on(LED2); /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_ONON; /*狀態遷移*/break;case LS_ONON:    led_off(LED1); /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFON; /*狀態遷移*/break;case LS_OFFON:    led_off(LED2); /*輸出動作*/    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFOFF; /*狀態遷移*/break;default: /*非法狀態*/    led_off(LED1);    led_off(LED2);    g_stFSM.u8KeyCnt = 0;    g_stFSM.u8LedStat = LS_OFFOFF; /*恢復初始狀態*/break;  } }else {  g_stFSM.u8KeyCnt++; /*狀態不遷移，僅記錄擊鍵次數*/ }}

????先看一下fsm_active()這個函數，g_stFSM.u8KeyCnt = 0;這個語句在switch—case里共出現了 5 次，前 4 次是作為各個狀態遷移的動作出現的。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遷移中所有的動作細節，這種方式和上面狀態轉換圖所要表達的意圖是完全一致的。

????再看一下g_stFSM這個狀態機結構體變量，它有兩個成員：u8LedStat和 u8KeyCnt。用這個結構體來做狀態機好像有點兒啰嗦，我們能不能只用一個像 u8LedStat 這樣的整型變量來做狀態機呢？

????當然可以！我們把上圖中的這 4 個狀態各自拆分成 5 個小狀態，這樣用 20 個狀態同樣能實現這個狀態機，而且只需要一個 unsigned char 型的變量就足夠了，每次擊鍵都會引發狀態遷移， 每遷移 5 次就能改變一次 LED 燈的狀態，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，把連續擊鍵5次改變L1L2的狀態改為連續擊鍵100次才能改變L1L2的狀態。這樣的話第二種方法需要4X100=400個狀態！而且函數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這個結構體來實現狀態機的話，函數fsm_active()只需要將if(g_stFSM.u8KeyCnt>3)改為if(g_stFSM.u8KeyCnt > 98)就可以了！

??? g_stFSM結構體的兩個成員中，u8LedStat可以看作是質變因子，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質變因子的變化。

????像g_stFSM這樣的狀態機被稱作Extended State Machine。