狀態(tài)機在單片機程序設計中的應用

接下來，我將就狀態(tài)機的應用，結合流程圖、狀態(tài)遷移圖和狀態(tài)遷移，舉一個實際例子。下面這張圖是一個時鐘程序的狀態(tài)遷移圖，如圖2所示。

圖2 時鐘程序狀態(tài)遷移圖

把這張圖稍做歸納，就可以得到它的另一種表現(xiàn)形式——狀態(tài)遷移表，如表2所示。

表2 時鐘程序狀態(tài)遷移表

狀態(tài)機應用的注意事項

基于狀態(tài)機的程序調度機制，其應用的難點并不在于對狀態(tài)機概念的理解，而在于對系統(tǒng)工作狀態(tài)的合理劃分。

初學者往往會把某個“程序動作”當作是一種“狀態(tài)”來處理。我稱之為“偽態(tài)”。那么如何區(qū)分“動作”和“狀態(tài)”。本匠人的心得是看二者的本質：“動作”是不穩(wěn)定的，即使沒有條件的觸發(fā)，“動作”一旦執(zhí)行完畢就結束了；而“狀態(tài)”是相對穩(wěn)定的，如果沒有外部條件的觸發(fā)，一個狀態(tài)會一直持續(xù)下去。

初學者的另一種比較致命的錯誤，就是在狀態(tài)劃分時漏掉一些狀態(tài)。我稱之為“漏態(tài)”。

“偽態(tài)”和“漏態(tài)”這兩種錯誤的存在，將會導致程序結構的渙散。因此要特別小心避免。

更復雜的狀態(tài)機

前面介紹的是一種簡單的狀態(tài)結構。它只有一級，并且只有一維，如圖3所示。

圖3 線性狀態(tài)機結構

如果有必要，我們可以建立更復雜的狀態(tài)機模型。

1 多級狀態(tài)結構

狀態(tài)機可以是多級的。在分層的多級狀態(tài)機系統(tǒng)里面，一個“父狀態(tài)”下可以劃分多個“子狀態(tài)”，這些子狀態(tài)共同擁有上級父狀態(tài)的某些共性，同時又各自擁有自己的一些個性。

在某些狀態(tài)下，還可以進一步劃分子狀態(tài)。比如，我們可以把前面的時鐘例子修改如下：

把所有和時鐘功能有關的狀態(tài)，合并成1個一級狀態(tài)。在這個狀態(tài)下，又可以劃分出3個二級子狀態(tài)，分別為顯示時間、設置小時、設置分鐘；

同樣，我們也可以把所有和鬧鐘功能有關的狀態(tài)，合并成1個一級狀態(tài)。在這個狀態(tài)下，再劃分出4個二級子狀態(tài)，分別為顯示鬧鐘、設置“時”、設置“分”、設置鳴叫時間。

我們需要用另一個狀態(tài)變量（寄存器）來表示這些子狀態(tài)。

子狀態(tài)下面當然還可以有更低一級的孫狀態(tài)（子子孫孫無窮盡也），從而將整個狀態(tài)體系變成了樹狀多級狀態(tài)結構，如圖4所示。

圖4 樹狀多級狀態(tài)結構

2 多維狀態(tài)結構

狀態(tài)結構也可以是多維的。從不同的角度對系統(tǒng)進行狀態(tài)的劃分，這些狀態(tài)的某些特性是交叉的。比如，在按照按鍵和顯示劃分狀態(tài)的同時，又按照系統(tǒng)的工作進程做出另一種狀態(tài)劃分。這兩種狀態(tài)劃分同時存在，相互交叉，從而構成了二維的狀態(tài)結構空間。

舉一個這方面的例子，如：空調遙控器，如圖5所示。

圖5 多維狀態(tài)機結構

同樣，我們也可以構建三維、四維甚至更多維的狀態(tài)結構。每一維的狀態(tài)都需要用一個狀態(tài)變量（寄存器）來表示。

無論多級狀態(tài)結構和多維狀態(tài)結構看上去多么迷人，匠人的忠告是：我們依然要盡可能地簡化狀態(tài)結構，能用單級、單維的結構，就不要給自己找事，去玩那噩夢般的復雜結構。

簡單的才是最有效的。

結束語

對狀態(tài)機的理解需要一個由淺入深的過程。這個過程應該是與實踐應用和具體案例思考相結合的。當一種良好的思路成為設計的習慣，它就能給設計者帶來回報。愿這篇手記里介紹的基于狀態(tài)機的編程思路能給新手們帶來一些啟迪，幫助大家找到“程序設計”的感覺。