任务4.1 基于状态机的程序架构

#整个程序的框架思路清晰，定时器0产生1ms时标信号供主函数使用，主函数每间隔1ms执行任务1和任务2。任务1和任务2实现内容类似，下面我们分析任务1的内容。任务1中的LedlTwinkle()函数是通过状态机完成的，状态机由switch-case语句构造。在程序中先定义状态机变量(LedlState，静态局部变量)，并赋初值0,以及时间计数变量(LedlCnt)LED1的状态为亮1秒，灭2秒，分2个状态，所以switch-case语句中对应LED1的两个状态有两个case分支，状态机变量(Led1State有2个值，分别为0和1。系统上电运行，1ms时标到来，第一次执行任务1,由于Led1State初值为0,则进入到第一个分支，在case语句中，CPU只执行两条语句：点亮LED1；让计数变量加1(Led1Cnt=1),并判断是否等于1000，如果不是则直接跳出switch-case语句(break不可以忽略)，任务1执行完毕，然后再执行任务2。下一个1ms再到来，再进入第一个分支，计数变量再加1(Led1Cnt=2)，再退出，时标信号到来，计数变量再加1，一直循环下去...。直到计数变量满足了大于等于1000的条件，则计数变量置0,并把状态机变量置1(LedState=1)，指向第二个分支，退出任务。下一个1ms再次到来时，进入任务1后，根据状态机变量的值，进入到程序的第二个分支，熄灭LED1，重新对计数变量计数，接下来的程序运行模式和第一个分支是一样的。总结：“状态机”的思想实际上是把系统所有任务按照任务的状态划分出多个子任务，以时标信号为基准，主程序不停的轮询各任务中的子任务。子任务之间的跳转依靠计数变量计数或者某些状态量的改变。3、基于状态机的按键检测上一单元中的独立按键的扫描程序如下：if(KeyInput==0)//检测到按键按下{DelayMs(lO);〃延时消抖if(KeyInput==0)//再次检测按键是否按下{DispBuffer[0]=DispCnt/10;DispBuffer[1]=DispCnt%10;if(++DispCnt〉=100)//每按一次，计数器加1,超过DispCnt=0;while(!KeyInput);〃等待按键释放}}}在按键的扫描程序中，存在着DelayMs()延时堵塞主程序，比延时更堵塞系统的是等待按键释放语句：while(!KeyInput);按键从按下到弹起最小也得几百个ms，程序执行到这一步的话，程序指针长时间停留在等待释放语句上，严重阻碍了其它任务的执行。总之，这种简单的按键检测方法作为基础学习和简单系统中可以用，但实际产品中，有很大的缺陷和不足在实际产品中，基于状态机的按键效率更高，功能强大。图4.1.1是基于状态机的独立按键检测的状态转换图，根据按键检测三部曲，分为三个状态。“状态0”为初次检测按键按下状态。系统由定时器产生的时标信号来驱动每隔10ms检测按键有没有被按下，如果没有检测到按键按下时，状态机中的状态就会一直停留在“状态0”上，如果检测到按键按下，则将状态变量指向“状态1”。“状态1”是按键消抖状态。在“状态0”中首次检测到按键按下后，将状态机变量指向“状态1”，下一个10ms到来后，进入到“状态1”中(10ms消抖延时是通过定时器来完成的)。在“状态1”中，再次确认按键按下输出键值，并将状态变量指向“状态2”。“状态2”为按键等待释放状态。在该状态中，每隔10ms查询一次按键有没有释放。如果按键没有释放，则CPU—直停留在“状态2”，直到按键释放，将状态机变量指向“状态0”,按键的一次完整的检测过程完成。状态2消抖•状态2消抖•状态2等释放七状态0*无按键+图4.1.1独立按键状态机转换图下面是基于状态机按键的一个应用实例：用数码管的前2位显示一个十位数，变化范围为00-99，开始时显示00。每按一次按键数码管上显示的数值加1，超过99数值重新归0。程序如下：#include〈reg52.h〉#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitKeylnputl二P2"0;sbitKeylnput2=P2"1;//“加1”键接口定义//“键1”键接口定义//段码ucharcodeSeg7Code□二{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};ucharcodePosit[]二{0xfe,0xfd};ucharDispBuffer[2];bitFlagSystem1Ms=0;//位码//缓冲区//1ms时标信号//数码管显示voidSeg7Display(){staticuchari=0;P1=0xff;P0=Seg7Code[DispBuffer[i]];P1=Seg7Posit[i];辻(++i〉=2)i=0;}//缓冲区刷新voidNumToBuffer(ucharnum){DispBuffer[0]=num/10;DispBuffer[1]=num%10;}//消隐//送段码//送位码//按键扫描，没有按键按下，则返回Oxff,//有按键按下，则返回对应的键值ucharKeyScan(){ucharTemp;if(KeyInput1==0)Temp=0x01;elseif(KeyInput2==0)Temp=0x02;elseTemp=0xff;returnTemp;}//按键状态机检测//根据按键〃三部曲〃，分为三个状态//"加1"键按下//“减1”键按下//没有按键按下，返回0xffucharGetKeyValueO{staticucharKeyState=0;ucharKeyReturn=0;ucharKeyTemp=0;KeyTemp二KeyScan();switch(KeyState){case0:{if(KeyTemp!=Oxff)KeyState=1;}break;case1:{if(KeyTemp!=0xff){KeyState=2;KeyReturn二KeyTemp;}elseKeyState=0;}break;case2:{if(KeyTemp==0xff)KeyState=0;}break;}returnKeyReturn;}//主函数voidmain(){ucharKeyValue=0;ucharCntlMs=0;charDispNum=0;while(1)//按键状态机变量//返回键值//暂存按键值//扫描按键//状态0,检测按键是否被按下//有按键按下，则跳转到状态1//状态1,延时消抖后再次判断是否被按下//有按键按下//跳转到状态1//返回键值//状态2,等待按键弹起//按键弹起，则返回到状态0//返回键值//键值//1ms计数变量//数码管显示变量，变量类型为有符号if(FlagSystemlMs==l){FlagSystemlMs=O;NumToBuffer(DispNum);Seg7Display();辻(++CntlMs〉=10)//1ms时标信号到//缓冲区刷新//数码管显示//10ms时标信号到{KeyValue二GetKeyValue();//按键状态机检测if(KeyValue==0x01)//"加1"键按下{辻(++DispNum〉=100)

DispNum=0;}辻(KeyValue==0x02)//“减1”键按下{if(—DispNum<=0)

DispNum=99;}}}//定时器0中断服务函数，提供1ms的时标信号voidTimerOIsr(void)interrupt1{staticucharCnt200us=0;辻(++Cnt200us〉=5){Cnt200us=0;FlagSystem1Ms=1;}//200us计数变量//0.2ms*5=1ms//清空计数变量//2ms标志位置1程序解释：（1）主函数中的任务由定时器产生的1ms时标信号驱动，每隔1ms，刷新一次缓冲区和扫描一位数码管，同时计数变量Cnt1Ms加1。当计数变量Cnt1Ms满足〉=10时，10ms时标信号到，执行一次按键扫描，取得键值，并根据键值完成对应功能。KeyScan()函数完成按键状态的扫描，并返回状态值(temp),temp取值为0x01、0x02分别对应2个按键的按下，如果没有按键按下，则temp为0xff。GetKeyValue()根据按键检测三部曲的原理，通过状态机的方法获取键值。通过定时器产生的10ms时标信号，每间隔10ms进入一次GetKeyValue()函数中。在GetKeyValue()函数中，状态机由switch-case语句构成，有3个状态，分别为：初次检测到按键按下，10ms消抖延时再判断和等待按键弹起。系统根据按键状态值(KeyTemp)实现状态之间的跳转。每一个case语句后面的break不可省略，意味着每进入一次GetKeyValue()只执行当前状态中的任务，然后退出函数。在状态0中，通过按键状态扫描函数(KeyScan())判断按键有没有按下，如果没有按键按下(KeyTemp==0xff),不做任务处理(状态机变量KeyState保持为0),退出函数后，下一个10ms，仍然进入状态0。如果有按键按下(KeyTemp!=0xff),将状态机变量指向状态1(即KeyState=1)，退出函数后，下一个10ms到来，系统根据状态机变量的值，进入到状态1中。从状态0中退出到进入到状态1中，经过了10ms，这10ms恰好是按键消抖的时间。在状态1中，再次判断按键是否按下，如果有按键按下，则返回按键值，并将状态机变量指向状态2(KeyState=2)。如果按键没有按下，则将状态机变量指向状态0。退出函数后，下一个10ms到来，系统根据状态机变量的值，进入到状态2中。在状态2中，每隔10ms检查一次按键是否弹起，如果按键没有弹起，则一直停留在状态2中，如果按键已经弹起，则将状态机变量指向状态0。任务实施按键的长按与连击在实际中有着较多的应用，如有些电子产品的开机和关机按钮，为了避免误触发，需要长时间按住才能开关或者关机；在上面的例程中，我们在调整数码管显示的数值时，当前值离设定值较远，需要连续多次按下按键，如果按键有连击功能，按下按键不释放，数码管的值自动加或者减，给系统带来了很大的方便。下面的程序在短按的基础之上增加了连击功能。程序如下：ucharGetKeyValueO{staticucharKeyState=0;staticucharKeyCnt=0;ucharKeyReturn=0;ucharKeyTemp=0;KeyTemp二KeyScan();//状态机变量，静态，初值为0//计时变量，静态//按键键值//按键状态值switch(KeyState){case0:{if(KeyTemp!=0xff)KeyState=1;}break;case1:{if(KeyTemp!=0xff){KeyState=2;KeyReturn二KeyTemp|0x80;}elseKeyState=0;}break;case2:{if(KeyTemp!=0xff){//状态0判断有没有按键被按下//按键按下，进入到状态1//状态1,10ms延时消//再次确认按键是否被按下//进入状态2,并返回“短按”键值//状态2,长按检测f(++KeyCnt〉=100){//按键被按下超过1S,返回“长按”键值KeyCnt=0;KeyState=3;KeyReturn二temp|0x40;//进入状态3,并返回“长按”键值}}else{KeyCnt=0;KeyState=0;}}break;case3:if(KeyTemp!=0xff){f(++KeyCnt〉=50)//按键在1S内没有弹起，返回到状态0//状态3,连击状态//按键没有弹起，//每间隔500ms，返回一次“连击”按键值{