單片機(jī)編程中有限狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用

摘 要：電子技術(shù)在不斷的發(fā)展更新，這在一定程度上使得單片機(jī)的編程必須提升其基本要求，而有限狀態(tài)機(jī)的運(yùn)用能夠簡(jiǎn)化程序中的判斷步驟，使程序的整體執(zhí)行時(shí)間得以縮短，從而提升單片機(jī)處理的時(shí)效性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；編程；有限狀態(tài)機(jī)；應(yīng)用

狀態(tài)機(jī)在對(duì)一些邏輯較為復(fù)雜或者實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的問題的處理過程中具有一定的優(yōu)勢(shì)，有限狀態(tài)機(jī)屬于一類數(shù)學(xué)模型，它主要是通過某些有限的狀態(tài)或者在相關(guān)狀態(tài)之間的動(dòng)作與轉(zhuǎn)移而構(gòu)成的，此數(shù)學(xué)模型被廣泛的運(yùn)用在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)當(dāng)中。有限狀態(tài)機(jī)的基本特性通常以描述控制為主，它在軟件中是一類比較常用的處理方式。有限狀態(tài)機(jī)運(yùn)用于單片機(jī)程序中可以把相對(duì)復(fù)雜的事件分解成具體的穩(wěn)定狀態(tài)，再利用外部事件將程序的狀態(tài)加以改變，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的操作處理。

一、什么是有限狀態(tài)機(jī)

有限狀態(tài)機(jī)一般依照規(guī)定的順序?qū)⑾嚓P(guān)的操作依次完成，它是由既定的數(shù)目的狀態(tài)以及數(shù)目之間的轉(zhuǎn)移所構(gòu)成，系統(tǒng)無論在哪種情況下都只會(huì)處于給定狀態(tài)中的一個(gè)，受到外部事件的影響，狀態(tài)機(jī)也會(huì)給出一定的動(dòng)作處理方式，并且還有可能會(huì)因狀態(tài)的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)移。有限狀態(tài)機(jī)通常分為兩大類，即Melay狀態(tài)機(jī)與Moore狀態(tài)機(jī)，其中Melay狀態(tài)機(jī)的輸出除了與狀態(tài)有關(guān)聯(lián)外，同時(shí)還與輸入有密切的聯(lián)系，而Moore狀態(tài)機(jī)的輸出僅僅與狀態(tài)有關(guān)聯(lián)。

分析有限狀態(tài)機(jī)的相關(guān)要求，有限狀態(tài)機(jī)主要包含了四大要素，即動(dòng)作、現(xiàn)態(tài)、次態(tài)以及條件?，F(xiàn)態(tài)是指程序當(dāng)前所處的具體狀態(tài)，在可以滿足相關(guān)條件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行一次狀態(tài)或者一個(gè)動(dòng)作的轉(zhuǎn)移。次態(tài)則是完全滿足條件之后所轉(zhuǎn)移的新狀態(tài)，當(dāng)次態(tài)被激活后將會(huì)變換成新的現(xiàn)態(tài)。有限狀態(tài)機(jī)的四大要素使得其中內(nèi)部狀態(tài)的基本因果狀態(tài)得以呈現(xiàn)，條件與現(xiàn)態(tài)是因，動(dòng)作與姿態(tài)為果。

一般情況下，有限狀態(tài)機(jī)以兩種表現(xiàn)方式呈現(xiàn)出來，其中一種為狀態(tài)轉(zhuǎn)移表另外一種為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，這兩類方式都能有效展現(xiàn)出有限狀態(tài)機(jī)中的轉(zhuǎn)移關(guān)系。

二、程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型

在具體的工程運(yùn)用當(dāng)中，一般會(huì)采用單片機(jī)來達(dá)到調(diào)度與控制的目標(biāo)，這是通過一類識(shí)別指令數(shù)據(jù)，再針對(duì)指令的差異性來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制。要想真正實(shí)現(xiàn)指令的識(shí)別與接收，則需要把每一個(gè)指令在接受的過程中當(dāng)作一個(gè)具體的狀態(tài)，也就是把每個(gè)特定的數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)狀態(tài)，如此，指令數(shù)據(jù)的接受工作將會(huì)在程序中顯示成從一個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)狀態(tài)的情況，怎么實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的有效轉(zhuǎn)移是完成指令數(shù)據(jù)接收的關(guān)鍵點(diǎn)，在實(shí)施的過程中將每一個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)具體的值，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，通常判斷此前的狀態(tài)值再?zèng)Q定程序的基本走向，得到正確的處理方式后，再將此狀態(tài)值進(jìn)行修改，以此來決定程序在下一個(gè)過程中的基本走向。通常情況下，單片機(jī)因?yàn)槟軌蛴行峁╈`活且豐富的尋址方式，為此，運(yùn)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)當(dāng)中的相關(guān)字節(jié)對(duì)程序運(yùn)行中的基本狀態(tài)加以存放，這使得指令數(shù)據(jù)的整個(gè)接收過程變?yōu)闋顟B(tài)轉(zhuǎn)移過程。

三、單片機(jī)程序中運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)

在上述描述中我們得知運(yùn)用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移工作在一定程度上能夠有效縮短判斷步驟，可以從下面的工程實(shí)例加以了解。MCS51單片機(jī)運(yùn)用串品對(duì)指令數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，或者在主程序中進(jìn)行，針對(duì)不同的指令來完成對(duì)應(yīng)的操作任務(wù)。比如，單片機(jī)需要接收兩條指令，具體的通信格式請(qǐng)參見表1、表2。當(dāng)接收到指令1之后才能展開第一階段的工作，工作的具體方式主要以數(shù)據(jù)1N實(shí)施，在接收至指令2之后再展開第二階段的工作，具體的工作方式也以數(shù)據(jù)1M實(shí)施。

狀態(tài)機(jī)的主要特點(diǎn)在于具有較多的狀態(tài)，在運(yùn)行程序時(shí)，通過對(duì)狀態(tài)值的判斷才可以真正判斷此次程序的基本走向，當(dāng)狀態(tài)值的判斷方式與全部已知狀態(tài)值對(duì)比是否存在相等的方式進(jìn)行，那么，程序當(dāng)中也將會(huì)存在較多的判斷轉(zhuǎn)移語句，如此一來，程序會(huì)在判斷語句上浪費(fèi)較多的時(shí)間，同時(shí)，所浪費(fèi)的基本時(shí)間也會(huì)以線性狀態(tài)增加，在狀態(tài)較多的情況下也將有可能在此次處理并未完全結(jié)束時(shí)傳送過來下一個(gè)數(shù)據(jù)，在這種情況下，極有可能會(huì)因無法及時(shí)的接收數(shù)據(jù)而使得數(shù)據(jù)漏掉，最終出現(xiàn)錯(cuò)誤。要想防止此問題的發(fā)生，我們可以通過下面的方法著手實(shí)施。首先在程序的存儲(chǔ)器當(dāng)中對(duì)各個(gè)分支狀態(tài)的程序入口設(shè)置地址表，其次，再把此前的狀態(tài)值賦給A、MOV A、R，再通過MOVC A@A+DPTR指令來查找地址表，將各分支入口的地址找出來，再將此地址在于 A中。同時(shí)，通常散轉(zhuǎn)指令JMP@A+DPTR轉(zhuǎn)向分支對(duì)程序加以處理。

四、結(jié)語

狀態(tài)機(jī)隸屬于時(shí)序電路的范疇，狀態(tài)機(jī)在對(duì)邏輯復(fù)雜以及實(shí)時(shí)事件加以處理時(shí)充分的展現(xiàn)出其中的優(yōu)越性，在單片機(jī)編程中運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)能夠幫助程序解決高效運(yùn)行以及實(shí)時(shí)性處理方面的問題，確保程序的執(zhí)行時(shí)間與判斷語句比降至最低，同時(shí)促使程序相關(guān)狀態(tài)之間的關(guān)系以更加直觀的狀態(tài)呈現(xiàn)出來，這在一定程度上有籃球程序模塊化的形成，編寫過程更加簡(jiǎn)單、思路也更加的清晰，具有較強(qiáng)的可修改性，這是編寫大型程序的基本方式之一。

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作者簡(jiǎn)介：楊旭（1983），男，漢族，河南鄭州人，本科，助理工程師，從事冶金過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)開發(fā)與系統(tǒng)集成，冶金過程與自動(dòng)化控制研究。