基于有限狀態(tài)機的自動(dòng)售貨機控制器

1 有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機是一種具有離散輸入輸出系統的模型，在任何時(shí)刻都處于一個(gè)特定的狀態(tài)。對于事件驅動(dòng)的程序設計，它是非常有用的設計模型。在某一個(gè)狀態(tài)下有事件發(fā)生時(shí)，根據當前狀態(tài)和輸入事件的不同，選擇如何處理該事件以及是否需要轉換到下一個(gè)狀態(tài)。一個(gè)有限狀態(tài)機(FSM)是一個(gè)五元組，M=(K，E，T，S，Z)。其中，K是一個(gè)有限的狀態(tài)集合，它的每個(gè)元素稱(chēng)為“狀態(tài)”；E表示該系統能接收的所有事件的集合，它的每個(gè)元素稱(chēng)為一個(gè)“事件”；T是狀態(tài)轉換函數，是K×E→K上的映射；S是系統的一個(gè)特殊狀態(tài)，一般是系統啟動(dòng)時(shí)的初始狀態(tài)；Z是K的一個(gè)子集，是一個(gè)終態(tài)集。
有限狀態(tài)機一般有2種表示方式：狀態(tài)轉移表和狀態(tài)轉移圖。通常用有向圖來(lái)表示有限狀態(tài)機，其節點(diǎn)代表狀態(tài)。如圖1所示，若在狀態(tài)SO接收到某個(gè)輸入事件e1后轉向S1狀態(tài)，就在圖中畫(huà)一條從SO到Sl的帶箭頭的弧線(xiàn)，并在弧線(xiàn)上標記e1。

2 基本思想
2．1 必要性分析
有限狀態(tài)機是通過(guò)事件來(lái)觸發(fā)狀態(tài)的轉變的，其事件來(lái)源主要有2個(gè)：其一是外部觸發(fā)事件，如響應用戶(hù)鍵盤(pán)的輸入；其二是內部觸發(fā)事件，如系統所發(fā)出來(lái)的各種命令。有限狀態(tài)機這種事件驅動(dòng)的特性具有良好的開(kāi)放性，可以根據用戶(hù)的要求方便地增加相應的狀態(tài)與事件，完成系統功能的擴展。本文所研究的自動(dòng)售貨機配有1個(gè)5×5的管理鍵盤(pán)和1個(gè)3×7用戶(hù)鍵盤(pán)，二者復用了部分的鍵盤(pán)掃描線(xiàn)；另外有37個(gè)外部事件源，加上幾條內部命令，可能觸發(fā)的事件達45個(gè)。如此多的事件，當某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，如果采用if…else或switch…case語(yǔ)句進(jìn)行一一判斷，將非常復雜。而采用有限狀態(tài)機，每個(gè)狀態(tài)維護一張事件表，無(wú)需比較，大大提高了響應速度；并且就擴展需求較為頻繁的自動(dòng)售貨機而言，有限狀態(tài)機也是便于維護的。
2．2 實(shí)現方式
根據系統中各個(gè)狀態(tài)之間是否存在包含關(guān)系，有限狀態(tài)機可以分為常規狀態(tài)機與層次型狀態(tài)機(hierarchicalstate machine)。對于前者，系統中各個(gè)狀態(tài)是獨立的、互斥的，適合應用于那些存在狀態(tài)數量不多的簡(jiǎn)單系統；而對于后者，系統中的狀態(tài)除了互斥關(guān)系以外，還存在真包含的關(guān)系。
分析自動(dòng)售貨機這樣一個(gè)狀態(tài)機，圖2為自動(dòng)售貨機的狀態(tài)圖(不完整)。