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[进阶] arduino宏的应用实例6--走火入魔篇--用宏实现状态机框架

如何用宏实现一个状态机框架？
我在这里参考了西门子s7-200 plc的stl编程样式。
首先来看看工控中状态转移图的实现方式：

[size=0.83em]2016-5-18 23:54 上传
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这个就是实现状态机框架的宏定义

//定义状态机切换的四种状态
enum sta {idel, waitLive, live, waitIdel};
//状态的总数设定，根据需要修改状态总数
#define smMum 100
//全局状态变量
sta s[smMum];
//状态开始符，用的时候后面不要加";"
#define LSCR(i) {\
    int index=i;\
    bool mc=s[index]==live ;\
    if(s[index]!=idel){\
      if(s[index]==waitLive){s[index]=live;}\
      if(s[index]==waitIdel){s[index]=idel;}
//状态转移
#define SCRT(t) ({s[index]=waitIdel,s[t]=waitLive;})
//状态结束符
#define SCRE }}
//设置状态
#define setSm(i) s[i]=waitLive
//重置状态
#define rstSm(i) s[i]=waitIdel
//读取状态
#define readSm(i) ({s[i]==live;})
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这个是延时继电器的宏定义，可以参考上个帖子。

//宏名：delayRelay。返回值：bool 到达时间。输入值：enable使能，del延时时间。作用：延时继电器，当enable使能后，延时del毫秒后接通。
//static unsigned long tim = ({Serial.println("start"), millis();}); //这句用于测试是否能在static 变量设置的时候加入只执行一次的初始化代码块。
#define delayRelay(enable,del) ({\
    static unsigned long tim = millis();\
    if (!enable) {\
      tim = millis();\
    }\
    millis() - tim >= del;\
  })
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这个是边沿检测的宏定义，可以参考上上个帖子

//逻辑量的四种状态：低，上升，高，低
enum edgeSta {low, trg, high, pop};
//宏名:edge。 返回值：逻辑量状态。输入参数：bool值 用途：检测逻辑量的边沿。
#define edge(ReadData) ({\
    static bool Trg = false;\
    static bool Cont = false;\
    static bool Pop = false;\
    Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); \
    Pop = Cont != ReadData & !Trg; \
    Cont = ReadData; \
    enum edgeSta sta = low;\
    if (Cont) {\
      sta = high;\
    } else {\
      sta = low;\
    }\
    if (Trg) {\
      sta = trg;\
    }\
    if (Pop) {\
      sta = pop;\
    }\
    sta;\
  })
#define raiseEdge(ReadData) ({edge(ReadData)==trg;})
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这个是主程序

//自定义状态机的状态
enum myState {l0_st0, l0_st1, l1_st0, l1_st1, l1_st2, l1_st3, l1_st4, l1_st5, l2_st0, l2_st1, l2_st2, l2_st3};//根据个人的需要尽量取容易理解的名字，当然不设置枚举也是可以的，直接用0,1,2,3.....
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);
  setSm(l0_st0);
  //setSm(l1_st0);
  //setSm(l2_st0);
  pinMode(8, INPUT_PULLUP);     //pin8接按键
}
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
 
  //loop0是一个简单的无限循环，状态0,1,0,1。。。。。
  LSCR(l0_st0)
  if (raiseEdge(mc))
  {
    Serial.println("Sta0");
  }
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l0_st1);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l0_st1)
  if (raiseEdge(mc))
  {
    Serial.println("Sta1");
  }
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l0_st0);
  }
  SCRE
 
  //loop1是一个并行分支结构
  LSCR(l1_st0)
  if (mc) {
    SCRT(l1_st1);
    SCRT(l1_st2);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l1_st1)
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l1_st3);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l1_st2)
  if (delayRelay(mc, 3000))
  {
    SCRT(l1_st4);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l1_st3)
  if (raiseEdge(mc))
  {
    Serial.println("st3");
  }
  SCRE
 
  LSCR(l1_st4)
  if (readSm(l1_st3) && readSm(l1_st4))
  {
    SCRT(l1_st5);
    rstSm(l1_st3);
    rstSm(l1_st4);
    Serial.println("st3,4");
  }
  SCRE
 
  LSCR(l1_st5)
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l1_st0);
    Serial.println("reStart");
  }
  SCRE
 
  //loop2是一个选择分支结构，当8端口的按键不按下时进入分支1，当8端口的按键按下时进入分支2。
  LSCR(l2_st0)
  if (!digitalRead(8))
  {
    SCRT(l2_st2);
  }
  else
  {
    SCRT(l2_st1);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l2_st1)
  if (raiseEdge(mc))
  {
    Serial.println("key up,way0");
  }
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l2_st3);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l2_st2)
  if (raiseEdge(mc))
  {
    Serial.println("key down,way1");
  }
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l2_st3);
  }
  SCRE
 
  LSCR(l2_st3)
  if (delayRelay(mc, 1000))
  {
    SCRT(l2_st0);
    Serial.println("reStart");
  }
  SCRE
 
}
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这个是loop()中的三个状态循环结构，delayRelay是无阻塞的，因此多个状态机构成的循环可以并行运行，在setup()中注释或开启可以单独观察每个状态。

[size=0.83em]2016-5-19 10:47 上传
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取出单个状态来解释一下状态机的工作：

LSCR(l0_st0)//这个是loop0的状态0，状态开始标志。
  if (raiseEdge(mc))//mc类比plc中的母线，代表状态机的执行状态，当状态转移时会延迟一个周期，用于进行定时器等的复位操作，此处检测状态开始时的上升沿，打印状态。
  {
    Serial.println("Sta0");
  }
  if (delayRelay(mc, 1000))//状态机延时1000ms后转跳至loop0的状态1。
  {
    SCRT(l0_st1);//状态转移的同时会自动复位本状态，同样新转移的状态会延迟一个周期用于初始化定时器等操作。
  }
  SCRE//状态结束标识符
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