2 狀態(tài)機(jī)實(shí)例

下面以按鍵消抖功能，來(lái)介紹switch-case 法的狀態(tài)機(jī)編程思路。

2.1 按鈕消抖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

狀態(tài)機(jī)機(jī)編程前，首先要明確的對(duì)應(yīng)功能的狀態(tài)機(jī)需要幾個(gè)狀態(tài)，本例的按鍵功能，只檢測(cè)最基礎(chǔ)的按下與松開(kāi)狀態(tài)（暫不實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)按、雙擊等狀態(tài)），并增加對(duì)應(yīng)的按鈕去抖功能，因此，需要用到4個(gè)狀態(tài)：

穩(wěn)定松開(kāi)狀態(tài)

按下抖動(dòng)狀態(tài)

穩(wěn)定按下?tīng)顟B(tài)

松開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)

對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：

由于按鍵通常處于松開(kāi)狀態(tài)，這里讓狀態(tài)機(jī)的初始化狀態(tài)為松開(kāi)狀態(tài)，然后在這4個(gè)狀態(tài)中來(lái)回切換。

圖中的VT代表按鍵檢測(cè)到電平，VT=0即檢測(cè)到低電平，可能是按鍵按下，由初始的“穩(wěn)定松開(kāi)”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“按下抖動(dòng)”狀態(tài)

當(dāng)持續(xù)檢測(cè)到低電平(VT=0)一段時(shí)間后，認(rèn)為消抖完成，由“按下抖動(dòng)”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“穩(wěn)定按下”狀態(tài)

在“按下抖動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，在指定的一段時(shí)間內(nèi)，再次檢測(cè)到高電平(VT=1)，說(shuō)明確實(shí)是按鈕抖動(dòng)（比如按鍵被快速撥動(dòng)了一下又彈起，或強(qiáng)烈震動(dòng)導(dǎo)致的按鍵抖動(dòng)），則由“按下抖動(dòng)”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“穩(wěn)定松開(kāi)”狀態(tài)

2.2 編程實(shí)現(xiàn)

2.2.1 狀態(tài)定義

對(duì)應(yīng)上面的按鈕狀態(tài)圖，可以知道需要用到4個(gè)狀態(tài)：

穩(wěn)定松開(kāi)狀態(tài)（KS_RELEASE）

按下抖動(dòng)狀態(tài)（KS_PRESS_SHAKE）

穩(wěn)定按下?tīng)顟B(tài)（KS_PRESS）

松開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)（KS_RELEASE_SHAKE）

這里使用枚舉來(lái)定義這4個(gè)狀態(tài)。為了在調(diào)試時(shí)，能夠把對(duì)應(yīng)狀態(tài)名稱以字符串的形式打印出來(lái)，這里使用宏定義的一個(gè)小技巧：

#符號(hào)+自定義的枚舉名稱

即可自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽址问?，再將這些字符串放到const char* key_status_name[]數(shù)組中，便可通過(guò)數(shù)組的形式訪問(wèn)這些狀態(tài)的字符串名稱形式。

此外，為了不重復(fù)書(shū)寫(xiě)枚舉名稱與對(duì)應(yīng)的枚舉字符串(#+枚舉名稱)，進(jìn)一步使用宏定義的方式，只定義一次狀態(tài)，然后通過(guò)下面兩條宏定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)枚舉項(xiàng)和枚舉項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字符串的分別獲?。?/p>

#define ENUM_ITEM(ITEM) ITEM,

#define ENUM_STRING(ITEM) #ITEM,

具體是宏定義、枚舉定義與枚舉名稱數(shù)組聲明如下：

#define ENUM_ITEM(ITEM) ITEM,
#define ENUM_STRING(ITEM) #ITEM,

#define KEY_STATUS_ENUM(STATUS)                   \
	STATUS(KS_RELEASE)       /*穩(wěn)定松開(kāi)狀態(tài)*/       \
	STATUS(KS_PRESS_SHAKE)   /*按下抖動(dòng)狀態(tài)*/       \
	STATUS(KS_PRESS)         /*穩(wěn)定按下?tīng)顟B(tài)*/       \
	STATUS(KS_RELEASE_SHAKE) /*松開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)*/       \
	STATUS(KS_NUM)           /*狀態(tài)總數(shù)(無(wú)效狀態(tài))*/  \
	
typedef enum
{
	KEY_STATUS_ENUM(ENUM_ITEM)
}KEY_STATUS;

const char* key_status_name[] = {
	KEY_STATUS_ENUM(ENUM_STRING)
};

宏定義不便理解的，可以將宏定義分別帶入，轉(zhuǎn)為最終的結(jié)果，理解替代后的具體形式，比如下面的宏定義帶入替換示意：

/*
KEY_STATUS_ENUM(STATUS) --> STATUS(KS_RELEASE) ... STATUS(KS_NUM)

KEY_STATUS_ENUM(ENUM_ITEM)
--> ENUM_ITEM(KS_RELEASE) ... ENUM_ITEM(KS_NUM)
--> KS_RELEASE, ... KS_NUM,

KEY_STATUS_ENUM(ENUM_STRING)
--> ENUM_STRING(KS_RELEASE) ... ENUM_STRING(KS_NUM)
--> #KS_RELEASE, ... #KS_NUM,
*/

2.2.2 狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)

下面是狀態(tài)機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)：

狀態(tài)機(jī)函數(shù)key_status_check在一個(gè)循環(huán)中，被每隔10ms調(diào)用一次

定義一個(gè)g_keyStatus表示狀態(tài)機(jī)所處的狀態(tài)

在每個(gè)循環(huán)中，switch根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)狀態(tài)所需要執(zhí)行的邏輯

定義一個(gè)g_DebounceCnt用于消抖時(shí)間計(jì)算，當(dāng)持續(xù)進(jìn)入消抖狀態(tài)，每次循環(huán)(10ms)中將此值加1，持續(xù)一定次數(shù)(5次，即50ms)，認(rèn)為是穩(wěn)定的按下或松開(kāi)，消抖完成，跳轉(zhuǎn)到穩(wěn)定方向或穩(wěn)定松開(kāi)狀態(tài)

在每個(gè)狀態(tài)的執(zhí)行邏輯中，當(dāng)檢測(cè)到某些條件滿足時(shí)，跳轉(zhuǎn)到其它的狀態(tài)

通過(guò)狀態(tài)的不斷跳轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行

此外，為方便觀察狀態(tài)機(jī)中狀態(tài)的變化，定義了一個(gè)g_lastKeyStatus表示前一狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，可以將狀態(tài)名稱打印出來(lái)

KEY_STATUS g_keyStatus = KS_RELEASE; //當(dāng)前按鍵的狀態(tài)
KEY_STATUS g_lastKeyStatus = KS_NUM; //上一狀態(tài)
int g_DebounceCnt = 0; //消抖時(shí)間計(jì)數(shù)

void key_status_check()
{
	switch(g_keyStatus)
	{
		//按鍵釋放(初始狀態(tài))
		case KS_RELEASE:
		{
			//檢測(cè)到低電平，先進(jìn)行消抖
			if (KEY0 == 0)
			{
				g_keyStatus = KS_PRESS_SHAKE;
				g_DebounceCnt = 0;
			}
		}
		break;
		
		//按下抖動(dòng)
		case KS_PRESS_SHAKE:
		{
			g_DebounceCnt++;
			
			//確實(shí)是抖動(dòng)
			if (KEY0 == 1)
			{
				g_keyStatus = KS_RELEASE;
			}
			//消抖完成
			else if (g_DebounceCnt == 5)
			{
				g_keyStatus = KS_PRESS;
				printf("=====> key press\r\n");
			}
		}
		break;
		
		//穩(wěn)定按下
		case KS_PRESS:
		{
			//檢測(cè)到高電平，先進(jìn)行消抖
			if (KEY0 == 1)
			{
				g_keyStatus = KS_RELEASE_SHAKE;
				g_DebounceCnt = 0;
			}
		}
		break;
		
		//松開(kāi)抖動(dòng)
		case KS_RELEASE_SHAKE:
		{
			g_DebounceCnt++;
			
			//確實(shí)是抖動(dòng)
			if (KEY0 == 0)
			{
				g_keyStatus = KS_PRESS;
			}
			//消抖完成
			else if (g_DebounceCnt == 5)
			{
				g_keyStatus = KS_RELEASE;
				printf("=====> key release\r\n");
			}
		}
		break;
		
		default:break;
	}
	
	if (g_keyStatus != g_lastKeyStatus)
	{
		g_lastKeyStatus = g_keyStatus;
		printf("new key status:%d(%s)\r\n", g_keyStatus, key_status_name[g_keyStatus]);
	}
}

int main(void)
{	
	delay_init();	    //延時(shí)函數(shù)初始化	  
	KEY_Init();
	uart_init(115200);
	printf("hello\r\n");
	
	while(1)
	{
		key_status_check();
		delay_ms(10);
	}
}

注：本例程需要使用一個(gè)按鍵，需要初始化對(duì)應(yīng)的GPIO，這里不再貼代碼。

2.3 使用測(cè)試

將完整的代碼編譯后燒錄到板子中，連接串口，按下與松開(kāi)按鍵，觀察串口輸出信息。

我的測(cè)試輸出信息如下：

前兩次撥動(dòng)按鍵模擬按鈕抖動(dòng)的情況，可以看到串口打印出兩次從松開(kāi)到按下抖動(dòng)的狀態(tài)切換。

然后是按下按鍵，再松開(kāi)按鍵，可以看到狀態(tài)的變化：松開(kāi) -> 按下抖動(dòng) -> 按下 -> 松開(kāi)抖動(dòng) -> 松開(kāi)

3 總結(jié)

本篇介紹了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中常用的狀態(tài)機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)按鍵消抖實(shí)例，以常用的switch-case形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的狀態(tài)機(jī)編程代碼實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)測(cè)試，串口打印對(duì)應(yīng)狀態(tài)，分析狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)過(guò)程。