任务4.1 基于状态机的程序架构

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1、4.1基于状态机的程序框架项目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

2、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134.1基于状态机的程序框架任务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

3、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

4、大师对阵，下完了之后，然后是丙......，一直到和最后一个人下完。（2）象棋大师先和A下一步棋，然后再和B下一步棋，然后再和C，和......，和所有人下完一遍后，再回头从A开始，一个人接一个人。很显然“车轮战”的第1种方式效率不如第2种方式效率高，报道上的“车轮战”也是指的第2种方式。原因在于象棋大师的水平远远高于其他人，如果采用第一种方式，象棋大师下一步棋很快，甲需要考虑很长时间才能落子，象棋大师在和甲下棋的过程中，其他人只能等待。如果采用第二种方式，象棋大师和甲只下一步棋，然后再和乙也下一步棋，和所有人下完一步棋之后，再从甲开始，这样看起来是所有人都在下象棋，

5、效率自然远高于第一种方式。“车轮战”134.1基于状态机的程序框架的第2种方式，实际上就是程序中状态机的基本原理。程序中的多个任务可以看成是其他棋手，CPU是象棋大师，CPU在执行多个任务时，不再是先执行任务1，执行完任务1后，再执行任务2，而是把每个任务又划分出多个小任务（小任务中没有时间等待），CPU每次只执行每个任务中的小任务，执行完任务1中的一个小任务后，然后快速转向任务2中的小任务，按照这种模式轮询下去，由于CPU很快（象棋大师），整个程序中的任务都得到了实时的执行。任务中的小任务是按照任务的状态来划分的，故称为“状态机”。上一单元中，利用定时器的时标信号扫

6、描动态数码管的程序实际上也是采用了状态机的原理。时标信号到来后，CPU扫描1位数码管，然后去执行别的任务，下一个时标信号到来后，再扫描下一位数码管。6位数码管的扫描被分成了6个子任务，CPU每一次只执行一个子任务。1、任务的划分数码管扫描的任务划分非常简单，因为每一个子任务执行的时间时均匀的，而且任务很相似。但是程序中大多数任务划分出来的子任务时间分布不均匀，而且划分出来的子任务不相似。举个例子，2个LED，第一个LED按照亮1秒，灭2秒的方式闪烁，第2个LED按照亮2秒，灭1秒的方式闪烁，要求不用延时函实现。我们先给出程序，通过程序学习状态机的实现方法。#inclu

7、de#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitLED1=P1^0;//第一个LED1接口定义sbitLED2=P1^1;//第二个LED2接口定义bitFlagSystem1Ms=0;//系统1ms时标信号//定时器0初始化voidTimer0Init(){TMOD=0x02;//GATE=0,C/T=0,M1M0=02;TH0=56;//高8位RAM赋值TL0=56;//低8位RAM赋值，200us定时ET0=EA=1;//开定时器中断和总中断TR0=1;//开启定时器}/