如何去实现有限状态机FSM的程序设计呢

1474 STM32 状态机程序设计

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2022-1-21 07:04:39　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 20 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 18 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 17 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 16 个回答。邀请回答科源机电该类别下有 15 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 15 个回答。邀请回答 kghfh 该类别下有 14 个回答。邀请回答 723662364d 该类别下有 13 个回答。邀请回答一巷清苑该类别下有 13 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 13 个回答。邀请回答 dgfdf 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hjhdf 该类别下有 12 个回答。邀请回答 efwedfd 该类别下有 12 个回答。邀请回答小华同学该类别下有 12 个回答。邀请回答 jsqueh 该类别下有 12 个回答。邀请回答红旧衫该类别下有 12 个回答。邀请回答早知该类别下有 12 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 12 个回答。邀请回答张峰9998 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hy381 该类别下有 12 个回答。邀请回答举报张英相关推荐 • 有限状态机有什么类型？ 3846 • MOORE型有限状态机的几种设计方法是什么 1668 • 简要介绍单片机C语言的状态机编程思想 1291 • 怎么运用状态机提高嵌入式软件效率？ 1491 • 浅谈有限状态机FSM——以序列检测为例 10377 • 我的FSM需要重置吗？ 1103 • 有限状态机按键接口程序怎么编写？ 1998 • 求大佬分享一种嵌入式系统中串口通信帧的同步方法 1342 • 【Z-turn Board试用体验】有限状态机三段式描述方法（转载） 4953 • 怎么实现LIN协议？ 1944 1个回答

一、有限状态机（FSM）简介

有限状态机FSM(Finite State Machine)，通常指任意一个时刻在一种状态之中，不同状态的转移是通过动作来触发的，不同状态下，不同动作将触发不同的状态转移，当然也可以不发生转移。
二、按键的状态机

1. 按键的状态

常用的按键只有2个状态，按下（press）和抬起（release）
2. 按键的动作

常用的按键只有2个动作：按下和抬起
3. 按键的状态转换图

当按键被按下时候，它的状态为按下，当按键松开时，它的状态为松开：

2. 按键事件与定时器应用

通常按键事件有短按和长按，本文定义了五种按键事件：
[tr]事件（action）描述[/tr]

无事件	按键没有动作发生
按下	按键被按下(按下时间<1s)
短按（单击）	按键被按下又抬起（按下时间<1s）
长按（长单击）	按键被按下又抬起（按下时间>1s）
长按中	按键被按下(按下时间>1s)

可以发现，按键只有按下抬起两种动作和状态，但是可以产生五种事件，甚至可以更多，这些事件是根据按下的时长来区分的。所以，本文需要一个定时器，在按键第一次被按下时，记录时间，通过不断与后续的动作（按下或抬起）比较，即可区分各种状态
三、状态图与事件

如上所示，可综合绘制状态装换图与事件产生的条件：

四、程序设计

为简化程序，本文使用电容触摸模块，固不讨论按键抖动，程序也无滤波部分。另外，当电容被触摸时候，输出高电平，当电容未被触摸时，输出低电平。
1. 枚举变量：按键状态与事件

//按键状态
enum btn_sta{
RELEASE = 0,
PRESSED = 1
};

//按键事件
enum {
ACT_NO       = 0,
ACT_PRESS,
ACT_SHORT_CLICKED,
ACT_LONG_CLICKED,
ACT_LONG_PRESSING,
}_btn_evt;

首先将按键状态与按键事件通过枚举变量的形式表达，提高程序的可读性。
2. 定义状态

static enum btn_sta _cur_sta  = RELEASE,
                  _last_sta = RELEASE;

在状态机中，状态的转移需要当前状态，所以定义_cur_sta来存储，同时，事件的产生需要和上一状态对比，所以需要_last_sta来存储，在程序中，当一次读取按键结束后，当前的状态值，就成为了上次状态的值。
3. 事件的检测

关键变量定义完成以后，就需要具体的程序逻辑实现，通常状态机可以用swich case和if语句来实现：

_cur_sta = (enum btn_sta)GET_BTN_STA();                   //获取当前按键的动作,读取IO的值

if(_last_sta == RELEASE)                                  //上次状态释放
{
      switch (_cur_sta)
      {
         case RELEASE:                                     //当前状态为释放
            _btn_evt = ACT_NO;                            //一直释放状态：无事件
         break;

         case PRESSED:                                     //当前状态为按下
            _btn_evt = ACT_PRESS;                         //释放到按下：按下动作
            time_last = HAL_GetTick();                   //记录时刻
         break;
      }
}
else if(_last_sta == PRESSED)                            //上次状态为抬起
{
      switch (_cur_sta)
      {
         case RELEASE:                                     //当前状态为释放
            if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
            {
                  _btn_evt = ACT_LONG_CLICKED;             //间隔<1s,短按（单击）
            }
            else
            {
                  _btn_evt = ACT_SHORT_CLICKED;             //间隔>1s,长按（长单击）
            }
         break;

         case PRESSED:                                     //当前事件为按下
            if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
            {
                  _btn_evt = ACT_LONG_PRESSING;             //事件间隔>1s，长按中
            }
         break;
      }
}

_last_sta = _cur_sta;                                     //本次状态更新为上一次状态，
                                                            //为下次扫描做准备

4. 事件处理（禁止/启用重复触发）

当获取一次事件以后，需要对各个事件进行处理，首先需要定一个各个处理函数：

void btn_evt_proc_short_click(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_long_click(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_long_pressing(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_press(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

接着使用switch语句可以很简单的处理各个事件：

switch(_btn_evt)
{
      case ACT_NO:
         break;

      case ACT_SHORT_CLICKED:
         btn_evt_proc_short_click();
      break;

      case ACT_LONG_CLICKED:
         btn_evt_proc_long_click();
      break;

      case ACT_PRESS:
         btn_evt_proc_press();
      break;

      case ACT_LONG_PRESSING:
         btn_evt_proc_long_pressing();
      break;
   }
return;
由于程序会不断的扫描按键，考虑一种情况：当用户按下按键时候，程序就会不断的检测到按下事件，用户若长时间不松开，程序还将一直检测到ACT_LONG_PRESSING（长按中）事件，那么程序将不断的调用btn_evt_proc_long_pressing();，若你需要在这个过程中，只调用一次函数，那么可以设计程序，禁止重复触发，注意到以下程序片段需要添加到按键事件处理之前：

#define BAN_DECT_REPET 1
#if BAN_DECT_REPET
uint8_t static last_evt = 0;
if(last_evt == _btn_evt)
{
      last_evt = _btn_evt;                            //若本次事件和上次相同
      return;                                        //程序返回
}
last_evt = _btn_evt;
#endif

可以看到，当 BAN_DECT_REPET 为1时候，程序将会被程序，若2次事件一致，程序将返回（提前返回），此时，程序处理函数将不会被触发。
五、程序源码

程序完整源码（File：button.c）：

/******************************************************************************************
* @File: button.c
* @Data：2020年7月2日
* @by  ：YonasLuo
* @ver ：1.0
******************************************************************************************/
#include "button.h"
#include "stdio.h"
#include "main.h"
#include "gpio.h"

/******************************************************************************************
*    @buttonCode
******************************************************************************************/
#define GET_BTN_STA()    (HAL_GPIO_ReadPin(btn_GPIO_Port, btn_Pin))
#define BAN_DECT_REPET (1)  //1:repet dectect 0: ban repet dectect

/******************************************************************************************
*    @API
******************************************************************************************/
void btn_evt_proc_short_click(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_long_click(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_long_pressing(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

void btn_evt_proc_press(void)
{
printf("%srn",__FUNCTION__);
}

/******************************************************************************************
*    @buttonCode
******************************************************************************************/
enum btn_sta{
RELEASE = 0,
PRESSED = 1
};

enum {
ACT_NO       = 0,
ACT_PRESS,
ACT_SHORT_CLICKED,
ACT_LONG_CLICKED,
ACT_LONG_PRESSING,
}_btn_evt;

static enum btn_sta _cur_sta  = RELEASE,
                  _last_sta = RELEASE;

static uint16_t time_last = 0;

void btn_proc_poll(void)
{
_cur_sta = (enum btn_sta)GET_BTN_STA();

if(_last_sta == RELEASE)
{
      switch (_cur_sta)
      {
         case RELEASE:
            _btn_evt = ACT_NO;
         break;

         case PRESSED:
            _btn_evt = ACT_PRESS;
            time_last = HAL_GetTick();
         break;
      }
}
else if(_last_sta == PRESSED)
{
      switch (_cur_sta)
      {
         case RELEASE:
            if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
            {
                  _btn_evt = ACT_LONG_CLICKED;
            }
            else
            {
                  _btn_evt = ACT_SHORT_CLICKED;
            }
         break;

         case PRESSED:
            if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
            {
                  _btn_evt = ACT_LONG_PRESSING;
            }
         break;
      }
}

_last_sta = _cur_sta;

#if BAN_DECT_REPET
uint8_t static last_evt = 0;
if(last_evt == _btn_evt)
{
      last_evt = _btn_evt;
      return;
}
last_evt = _btn_evt;
#endif
switch(_btn_evt)
{
      case ACT_NO:
         break;

      case ACT_SHORT_CLICKED:
         btn_evt_proc_short_click();
      break;

      case ACT_LONG_CLICKED:
         btn_evt_proc_long_click();
      break;

      case ACT_PRESS:
         btn_evt_proc_press();
      break;

      case ACT_LONG_PRESSING:
         btn_evt_proc_long_pressing();
      break;
   }
return;
}
/***************************** END OF FILE *****************************/
六、测试

...
void main(void)
{
  ....
  extern void btn_proc_poll(void );
  while (1)
  {
      btn_proc_poll();
  }
  ....
}

测试函数时，在main()中不断调用处理函数btn_proc_poll()即可

七、改进

这个程序最明显的问题是移植不够简便：