单片机程序构架-状态机1(转载)

单⽚机的状态机框架编写_续之前⼤致写过⼀篇状态机⽐较粗糙的博⽂，写了：状态机的⽅式⽐较适合裸机编程，但是不够深⼊，这⾥在深⼊⼀点，起因是美敦⼒medtronic公开了PB560呼吸机完整设计资料，⾥⾯⽤到了ST10F276的芯⽚，就是⽤的状态机的思想，所以状态机的思想肯定是⽐较好的，不然⼤公司不会使⽤这个框架来做呼吸机啊，这可是医疗产品，质量必须过关的。

整个产品都要经过医疗认证的，⽆论是电⽓、软件、结构等等。

因此中⼩型裸机项⽬，使⽤状态机来编程应该是毫⽆压⼒的。

但是要⽤好，还是要好好规划⼀下。

状态机的使⽤离不开定时器，通常是使⽤定时中断来触发⼀个时间来切换状态机的状态的，⽐如按键，10ms就去处理⼀下按键处理⼦程序，理想情况下，10ms基本上能够轮询到这个按键⼦程序，但是主程序通常不⽌⼀个处理⼦函数啊，还有其他的程序如下⾯所⽰，那请问，10ms到了，主程序能否执⾏完其他的函数呢，即能否在10ms左右再次进⼊按键⼦程序？不⼀定，要看1、单⽚机的主频，2、看外部设备的处理速度，3、单⽚机和外部芯⽚的通信速度，4、单⽚机其他函数的数学、逻辑计算量。

1、单⽚机主频越⾼，那么相应的数学计算，逻辑运算都会提升不少。

2、与外部芯⽚的通信速度，这个稍稍复杂，涉及到硬件的布线，是否允许⾼速通信，涉及到抗⼲扰，⾼频电路等；还有涉及到通信协议，SPI（MHZ）的速度⽐IIC（KHZ）快上⼀个数量级，⽽且spi还有qspi，dspi等⾼速通信的⽅式，这个速度就更加快了，当然单⽚机的总线速度也要⽐较⾼才⾏，不⽀持⾼速，那么只能低速了。

3、外部芯⽚的处理速度，有的芯⽚如果处理的很慢，⽐如ds18b20，开启转换到转换结束，最慢700多ms，那么就⼲脆把两个状态使⽤状态机来处理，不⽤死等，基本上耗费的时间就是单⽚机对于单总线的数据访问的时间了。

看datesheet，⼀般都是us级别的，⼏ms的时间肯定是通信完成的。

但是尽量在2ms以内处理完毕。

单片机程序架构设计
在嵌入式系统开发中，单片机程序架构设计是非常重要的一环。

单片机程序架构设计涉及到软件和硬件的协同工作，以及系统功能
的实现和性能优化。

一个好的单片机程序架构设计可以提高系统的
稳定性、可靠性和可维护性，同时也能提高系统的性能和功耗效率。

首先，在单片机程序架构设计中，需要考虑的是系统的整体架构。

这包括系统的功能模块划分、模块之间的通信方式、数据传输
和处理流程等。

一个清晰的系统架构可以帮助开发人员更好地理解
系统的工作原理，提高开发效率和系统的可维护性。

其次，单片机程序架构设计还需要考虑系统的硬件和软件的协
同工作。

在硬件方面，需要考虑单片机的选择、外围器件的选型以
及硬件接口的设计。

在软件方面，需要考虑系统的任务调度、中断
处理、驱动程序的设计以及应用程序的开发。

硬件和软件的协同工
作可以提高系统的性能和稳定性。

此外，单片机程序架构设计还需要考虑系统的功耗优化。

在嵌
入式系统中，功耗是一个非常重要的指标。

通过合理的程序架构设
计和硬件设计，可以降低系统的功耗，延长系统的使用时间，提高
系统的可靠性。

总之，单片机程序架构设计是一个复杂而又重要的工作。

一个好的单片机程序架构设计可以提高系统的性能和稳定性，降低系统的功耗，提高系统的可维护性。

因此，在单片机程序开发过程中，需要重视程序架构设计这一环节，从而打造出更加优秀的嵌入式系统。

单片机主循环程序架构的标准可以根据具体的单片机型号和开发平台而有所差异，但通常遵循以下基本结构：
1.初始化：在程序开始时进行初始化设置，包括设置IO口、定时器、中断等。

这些设置
将在主循环中使用。

2.主循环：主循环是程序的核心部分，它通过一个无限循环来执行主要任务。

主循环中的
代码根据需求周期性地执行各种功能模块，例如数据采集、数据处理、控制操作等。

3.中断服务程序（Optional）：如果需要处理外部事件或定时中断，可以编写相应的中断
服务程序。

这些中断服务程序会在中断触发时被调用，执行特定的操作，并在完成后返回到主循环。

4.低功耗模式（Optional）：对于需要低功耗要求的应用，可以在主循环中添加进入和退
出低功耗模式的指令，以降低系统能耗。

5.系统状态检测和错误处理：在主循环中可以添加状态检测和错误处理的代码，以确保系
统正常运行并及时处理异常情况。

6.调试和日志记录（Optional）：为了方便调试和故障排除，可以在程序中添加调试信息
输出和日志记录功能。

需要根据具体应用的要求和单片机的特性进行调整和扩展。

同时，良好的代码结构、模块化设计和注释能够使程序更易读、维护和扩展。

在编写代码时，还应考虑代码的效率和实时性，以提高系统的性能和响应能力。

单片机裸奔之状态机浅谈说到编程，不得不说到状态机，状态机做为软件编程的主要架构已经在各种语言中应用，固然包括，在一个思路清楚而且高效的程序中，必定有状态机的身影出现。

灵便的应用状态机不仅是程序更高效，而且可读性和扩展性也很好。

状态无处不在，状态中有状态，只要把握了这种思维，让它成为您编程中的一种习惯，信任您会受益匪浅。

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联系的考虑。

“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。

详解如下：①现态：是指当前所处的状态。

②条件：又称为“大事”。

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。

③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，也可以照旧保持原状态。

动作不是必须的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，挺直迁移到新状态。

④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，就改变成新的“现态”了。

假如我们进一步归纳，把“现态”和“次态”统一起来，而把“动作”忽视(降格处理)，则只剩下两个最关键的要素，即：状态、迁移条件。

状态机的表示要领有许多种，我们可以用文字、图形或表格的形式来表示一个状态机。

举个容易的例子：就按键处理来说，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、颤动、闭合、颤动和重新释放等状态。

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，就会找处处理疑问的一条有效的捷径。

有时候用状态机的思维去思量程序该干什么，比用控制流程的思维去思量，可能会更有效。

这样一来状态机便有了更实际的功用。

废话不多说，实践才是检验真理的唯一标准。

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单片机状态机编程逻辑单片机是一种集成电路，可以实现各种功能，其中之一就是状态机编程。

状态机是一种描述系统行为的模型，通过定义不同的状态和状态转移条件，可以精确地控制系统的运行。

在单片机中，状态机编程可以用来实现各种任务的调度和控制，提高系统的效率和可靠性。

一、状态机的基本概念状态机由状态和状态转移构成。

状态是指系统在某一时刻所处的状态，可以是开启、关闭、等待等。

状态转移是指系统由一个状态转移到另一个状态的过程，可以通过某些条件触发。

状态机可以用有限状态机(Finite State Machine, FSM)表示，由有限个状态和状态转移构成。

二、状态机的实现方法在单片机中，状态机可以通过编程实现。

以下是一种常见的实现方法：1. 定义状态和状态转移条件：首先，根据系统的需求，定义系统可能的状态和状态之间的转移条件。

例如，一个灯的状态机可以定义为两个状态：开启和关闭，状态之间可以通过按下开关触发转移。

2. 初始化状态：在程序开始时，将系统的状态初始化为初始状态。

例如，将灯的状态初始化为关闭状态。

3. 状态切换：根据系统的需求，在程序中定义状态之间的转移条件和相应的操作。

例如，当按下开关时，如果灯的状态为关闭，则将灯的状态切换为开启；如果灯的状态为开启，则将灯的状态切换为关闭。

4. 状态处理：根据系统的需求，在程序中定义每个状态下的操作。

例如，当灯的状态为开启时，执行开启灯的操作；当灯的状态为关闭时，执行关闭灯的操作。

5. 状态迁移：在程序中通过判断状态转移条件是否满足来触发状态的切换。

例如，在每次循环中检测开关是否按下，如果按下则进行状态切换。

三、状态机编程的应用状态机编程在单片机中有广泛的应用，可以用来实现各种任务的调度和控制。

1. 系统任务调度：状态机可以用来实现系统中不同任务的调度。

例如，一个自动控制系统中可能有多个任务，如温度监测、风扇控制、报警等，可以通过状态机编程实现这些任务的调度，根据不同的状态执行相应的任务。

项目4简易数字钟的设计（2）计算机专业有门必修课程叫“软件工程”，这门课程告诉软件学习者们如何系统性的、规范化的、可定量的过程化方法去开发和维护软件。

我们在学习单片机编程的过程当中，也应该借鉴“软件工程”课程当中的讲述的方法和手段，去维护和规范我们的单片机程序。

在本单元当中，我们安排了4个任务。

任务1介绍了一种基于状态机的程序框架，通过状态机的学习，初学者可以写出思路清晰、多任务运行流畅的程序。

任务2介绍了程序的风格和可移植性，规范了变量和函数等的命名，并简单介绍了C51中提高程序可移植性的方法。

任务3介绍了程序模块化的实现方法，让初学者学会合理的管理程序。

任务4中运用本单元所讲的知识，结合前一单元,完成简易数字钟的设计。

【内容安排】4.1 基于状态机的程序框架4.2 程序的风格和可移植性4.3 程序的模块化4.4 简易数字钟的设计任务4.1 基于状态机的程序框架4.1.1 任务介绍上一单元中已经多次提到多任务运行时,延时函数(DelayMs())对程序的危害性，堵塞CPU，系统任务的实时性得不到有效的保证。

在3.4节中，提到中断可以提高任务的实时性，但是单片机的中断数量是有限的，不可能每一个任务都有中断。

在 3.5节中，通过定时器中断服务函数提供的时标信号，定时扫描LED和数码管，可以消除延时函数，时标信号给我们提供了一种新的思路来消除延时函数（本质上还是借助于中断）。

但是LED闪烁和动态数码管扫描都是属于状态时间分配均匀的（LED闪烁有两个状态，亮和灭分配时间相等；数码管每个位扫描的时间也相等），程序易于实现。

对于像按键检测这样的（时间分配不均匀的）任务，怎样来消除程序中的延时呢？本节任务是：利用本节所讲“状态机”，改写独立按键程序，并增加“长按”、“连击”等功能。

4.1.2 知识准备1、状态机的思想网络上经常报道特级象棋大师车和多人一起下象棋，采用的方式是“车轮战”。

车轮战有两种方式：（1）象棋大师先和甲开始下象棋，直到有了结果，然后才轮到乙和象棋大师对阵，下完了之后，然后是丙......，一直到和最后一个人下完。

单片机程序技术架构概述及解释说明1. 引言1.1 概述单片机程序是指在单片机芯片上运行的、由汇编语言或高级编程语言编写的一系列指令，以实现特定功能的程序。

随着科技的发展，单片机程序在各个领域得到了广泛应用，如家电控制、智能交通、医疗设备等。

这些应用对于单片机程序的可靠性和高效性提出了更高的要求。

1.2 文章结构本文主要围绕单片机程序的技术架构展开讨论，并重点介绍了其概念和相关组件模块划分。

接着，文章将详细解释通信协议与接口设计在单片机程序中的重要性，并介绍了相关内容。

最后，文章将对单片机程序的设计流程、软件编程语言选择与优化技巧、内存管理与资源利用策略等方面进行概述和解释说明。

1.3 目的本文旨在全面介绍单片机程序及其技术架构，并通过对其设计流程、编程语言选择和优化技巧、内存管理与资源利用策略等方面的阐述，帮助读者深入理解并掌握单片机程序开发中需要考虑的关键问题和技术要点。

同时，通过对未来发展趋势的展望，为读者提供对单片机程序领域的进一步研究和实践提供指导。

2. 单片机程序2.1 简介单片机程序是指在单片机芯片上运行的一系列指令集合。

它是通过编程语言将所需功能转化为二进制代码实现的。

单片机程序具有高度可定制性和灵活性，可以适应各种应用领域的需求。

2.2 功能与应用单片机程序可以实现各种功能，如控制、监测、通信等等。

它可以被广泛应用于电子设备、自动化系统、嵌入式系统以及其他需要进行控制和处理任务的场景。

举例来说，单片机程序可以用于家庭智能化系统，通过编程实现对家居设备的控制和管理；也可以应用在工业自动化中，通过编写程序来控制生产线的运行；还可以用于汽车电子领域，实现对车辆部件的监测和故障诊断。

2.3 开发环境和工具开发一款单片机程序通常需要使用相应的开发环境和工具。

常见的开发环境包括Keil uVision、IAR Embedded Workbench、MPLAB X等等。

这些开发环境提供了图形界面和调试器等功能，方便开发人员进行程序编写、调试和测试。