狀態機思路在單片機中的程序實現

狀態機的概念

狀態機是軟件編程中的一個重要概念。比這個概念更重要的是對它的靈活應用。在一個思路清晰而且高效的程序中，必然有狀態機的身影浮現。

比如說一個按鍵命令解析程序，就可以被看做狀態機：本來在A狀態下，觸發一個按鍵后切換到了B狀態；再觸發另一個鍵后切換到C狀態，或者返回到A狀態。這就是最簡單的按鍵狀態機例子。實際的按鍵解析程序會比這更復雜些，但這不影響我們對狀態機的認識。

進一步看，擊鍵動作本身也可以看做一個狀態機。一個細小的擊鍵動作包含了：釋放、抖動、閉合、抖動和重新釋放等狀態。

同樣，一個串行通信的時序（不管它是遵循何種協議，標準串口也好、I2C也好；也不管它是有線的、還是紅外的、無線的）也都可以看做由一系列有限的狀態構成。

顯示掃描程序也是狀態機；通信命令解析程序也是狀態機；甚至連繼電器的吸合/釋放控制、發光管（LED）的亮/滅控制又何嘗不是個狀態機。

當我們打開思路，把狀態機作為一種思想導入到程序中去時，就會找到解決問題的一條有效的捷徑。有時候用狀態機的思維去思考程序該干什么，比用控制流程的思維去思考，可能會更有效。這樣一來狀態機便有了更實際的功用。

程序其實就是狀態機。

也許你還不理解上面這句話。請想想看，計算機的大廈不就是建立在“0”和“1”兩個基本狀態的地基之上么？

狀態機的要素

狀態機可歸納為4個要素，即現態、條件、動作、次態。這樣的歸納，主要是出于對狀態機的內在因果關系的考慮。“現態”和“條件”是因，“動作”和“次態”是果。詳解如下：

①現態：是指當前所處的狀態。

②條件：又稱為“事件”。當一個條件被滿足，將會觸發一個動作，或者執行一次狀態的遷移。

③動作：條件滿足后執行的動作。動作執行完畢后，可以遷移到新的狀態，也可以仍舊保持原狀態。動作不是必需的，當條件滿足后，也可以不執行任何動作，直接遷移到新狀態。

④次態：條件滿足后要遷往的新狀態。“次態”是相對于“現態”而言的，“次態”一旦被激活，就轉變成新的“現態”了。

如果我們進一步歸納，把“現態”和“次態”統一起來，而把“動作”忽略（降格處理），則只剩下兩個最關鍵的要素，即：狀態、遷移條件。

狀態機的表示方法有許多種，我們可以用文字、圖形或表格的形式來表示一個狀態機。

純粹用文字描述是很低效的，所以就不介紹了。接下來先介紹圖形的方式。

狀態遷移圖（STD）

狀態遷移圖（STD），是一種描述系統的狀態、以及相互轉化關系的圖形方式。狀態遷移圖的畫法有許多種，不過一般都大同小異。我們結合一個例子來說明一下它的畫法，如圖1所示。

圖1 狀態遷移圖

①狀態框：用方框表示狀態，包括所謂的“現態”和“次態”。

②條件及遷移箭頭：用箭頭表示狀態遷移的方向，并在該箭頭上標注觸發條件。

③節點圓圈：當多個箭頭指向一個狀態時，可以用節點符號（小圓圈）連接匯總。

④動作框：用橢圓框表示。

⑤附加條件判斷框：用六角菱形框表示。

狀態遷移圖和我們常見的流程圖相比有著本質的區別，具體體現為：在流程圖中，箭頭代表了程序PC指針的跳轉；而在狀態遷移圖中，箭頭代表的是狀態的改變。

我們會發現，這種狀態遷移圖比普通程序流程圖更簡練、直觀、易懂。這正是我們需要達到的目的。

狀態遷移表

除了狀態遷移圖，我們還可以用表格的形式來表示狀態之間的關系。這種表一般稱為狀態遷移表。

表1就是前面介紹的那張狀態遷移圖的另一種描述形式。

表1 狀態遷移表

①采用表格方式來描述狀態機，優點是可容納更多的文字信息。例如，我們不但可以在狀態遷移表中描述狀態的遷移關系，還可以把每個狀態的特征描述也包含在內。

②如果表格內容較多，過于臃腫不利于閱讀，我們也可以將狀態遷移表進行拆分。經過拆分后的表格根據其具體內容，表格名稱也有所變化。

③比如，我們可以把狀態特征和遷移關系分開列表。被單獨拆分出來的描述狀態特征的表格，也可以稱為“狀態真值表”。這其中比較常見的就是把每個狀態的顯示內容單獨列表。這種描述每個狀態顯示內容的表稱之為“顯示真值表”。同樣，我們把單獨表述基于按鍵的狀態遷移表稱為“按鍵功能真值表”。另外，如果每一個狀態包含的信息量過多，我們也可以把每個狀態單獨列表。

④由此可見，狀態遷移表作為狀態遷移圖的有益補充，它的表現形式是靈活的。

⑤狀態遷移表優點是信息涵蓋面大，缺點是視覺上不夠直觀，因此它并不能取代狀態遷移圖。比較理想的是將圖形和表格結合應用。用圖形展現宏觀，用表格說明細節。二者互為參照，相得益彰。