胡剑 基于状态机思路的24小时时钟程序的编写.doc

基于状态机思路的24小时时钟程序的编写盐城机电高等职业技术学校胡剑1数字钟的研究的背景及意义数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本文采用Atmel公司的AT89C51单片机，以C语言为程序设计的基础，设计一个用六位数码管显示时、分的时钟。在实物图中，当第一次按下设置键时，秒位的两位数码管出现闪烁，时间停止走动，进入校时状态，表示此时可以进行秒钟的调整，当按一次加一键（左键）可实现秒钟的加一功能，秒钟以60分为极限，超出60分则返回数值0，从0再重新算起；如果再次按下设置键时，秒钟的数码管停止闪烁，分钟数码管闪烁，当按一次加一键（左键）可实现秒钟的加一功能，秒钟以60分为极限，超出60分则返回数值0，从0再重新算起；反过来表示小时的两位数码管则开始闪烁，此时可进行小时的调整，按加1键可实现小时的加1功能，小时调整以24为上限，同样超出24小时则从新回0；当第四次按下设置键时，数码管停止闪烁开始计时。时钟题目分析2状态机的概念状态机是软件编程中的一个重要概念。比这个概念更重要的是对它的灵活应用。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。比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态；再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态。这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。进一步看，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。显示扫描程序也是状态机；通信命令解析程序也是状态机；甚至连继电器的吸合/释放控制、发光管（LED）的亮/灭控制又何尝不是个状态机。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，就会找到解决问题的一条有效的捷径。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。程序其实就是状态机。也许你还不理解上面这句话。请想想看，计算机的大厦不就是建立在“0”和“1”两个基本状态的地基之上么？3状态机的要素状态机可归纳为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关系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：现态：是指当前所处的状态。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。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。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。状态机的表示方法有许多种，我们可以用文字、图形或表格的形式来表示一个状态机。3.1时钟程序状态迁移表（图1）工作状态 显示内容 说明状态A键功能B键功能C键功能时：分：秒00-00-00时：分：秒00-00-00 显示时间 0- 启动时间0状态0为工作，其他状态为设置设置秒 1- 秒加1秒减1xx-xx-00设置分2- 分加1分减1xx-00-xx设置时 3- 时加1时减100-xx-xx4状态机应用的注意事项基于状态机的程序调度机制，其应用的难点并不在于对状态机概念的理解，而在于对系统工作状态的合理划分。初学者往往会把某个“程序动作”当作是一种“状态”来处理。我称之为“伪态”。那么如何区分“动作”和“状态”。本匠人的心得是看二者的本质：“动作”是不稳定的，即使没有条件的触发，“动作”一旦执行完毕就结束了；而“状态”是相对稳定的，如果没有外部条件的触发，一个状态会一直持续下去。初学者的另一种比较致命的错误，就是在状态划分时漏掉一些状态。我称之为“漏态”。“ 伪态”和“漏态”这两种错误的存在，将会导致程序结构的涣散。因此要特别小心避免。5更复杂的状态机前面介绍的是一种简单的状态结构。它只有一级，并且只有一维，如果有必要，我们可以建立更复杂的状态机模型。6 多级状态结构状态机可以是多级的。在分层的多级状态机系统里面，一个“父状态”下可以划分多个“子状态”，这些子状态共同拥有上级父状态的某些共性，同时又各自拥有自己的一些个性。在某些状态下，还可以进一步划分子状态。比如，我们可以把前面的时钟例子修改如下：把所有和时钟功能有关的状态，合并成1个一级状态。在这个状态下，又可以划分出3个二级子状态，分别为显示时间、设置小时、设置分钟、设置秒；同样，我们也可以把所有和闹钟功能有关的状态，合并成1个一级状态。在这个状