為 16x2 LCD Keypad Shield 使用 YAKINDU 狀態(tài)圖工具創(chuàng)建數(shù)字手表。

我將向您展示如何使用YAKINDU Statechart Tools創(chuàng)建數(shù)字手表并在使用 LCD Keypad Shield 的 Arduino 上運(yùn)行。

數(shù)字手表的原始模型取自大衛(wèi)哈雷爾。他之前發(fā)表過一篇關(guān)于“狀態(tài)機(jī)和狀態(tài)圖的傳統(tǒng)形式的廣泛擴(kuò)展”的論文。在論文中，他以數(shù)字手表為例進(jìn)行了研究。我以此為靈感，使用YAKINDU Statechart Tools （一種用于創(chuàng)建狀態(tài)機(jī)圖形模型并使用它生成 C/C++ 代碼的工具）重建了手表，并在 Arduino 上讓它重新煥發(fā)生機(jī)。

數(shù)字手表的工作原理

讓我們從定義數(shù)字手表應(yīng)該如何工作開始。

基本上，它是一個具有不同模式的可配置手表。主要是顯示當(dāng)前時間，但還有一些其他功能。作為輸入，您有一個開/關(guān)、一個模式和一個設(shè)置按鈕。此外，還可以打開和關(guān)閉燈。

使用模式按鈕，您可以區(qū)分模式并激活/禁用時鐘功能：

顯示時間（時鐘）

顯示日期（日期）

設(shè)置鬧鐘（鬧鐘 1、鬧鐘 2）

啟用/禁用鈴聲（設(shè)置鈴聲）

使用秒表（秒表）

在菜單中，您可以使用開/關(guān)按鈕來配置模式。設(shè)置按鈕允許您設(shè)置時間 - 例如時鐘或鬧鐘。秒表可以通過使用開燈和關(guān)燈按鈕來控制 - 啟動和停止。您還可以使用集成的計圈器。

此外，還有一個鐘聲，每時每刻都在響起，并且集成了一個可控的背光。不過在第一步，我沒有將它們連接到 Arduino。

狀態(tài)機(jī)

我不想詳細(xì)解釋這個例子。這不是因為它太復(fù)雜，它只是有點太大了。不過我會嘗試解釋它具體如何工作的基本思想。通過查看模型或下載并模擬它。狀態(tài)機(jī)的某些部分在子區(qū)域中匯總，例如設(shè)置的時間區(qū)域。這樣就可以確保狀態(tài)機(jī)的可讀性。

該模型共分為兩部分 - 圖形和文本。

在文本部分，將定義事件、變量等。

在圖形部分 - 狀態(tài)圖 - 指定了模型的邏輯執(zhí)行。

要創(chuàng)建滿足指定行為的狀態(tài)機(jī)，需要一些輸入事件，這些事件可以在模型中使用：onoff 、set 、mode 、light和light_r。在定義部分中使用了一個內(nèi)部事件，它每 100 毫秒遞增一次時間值：

every 100 ms / time += 1

基于 100 毫秒步長，當(dāng)前時間將以HH:MM:SS格式計算：

display.first = (time / 36000) % 24;
display.second = (time / 600) % 60;
display.third = (time / 10) % 60;

每次調(diào)用狀態(tài)機(jī)時，這些值將通過使用updateLCD操作連接到 LCD 顯示器：

display.updateLCD(display.first, display.second, display.third, display.text)

狀態(tài)機(jī)的基本執(zhí)行已在“數(shù)字手表的工作原理”部分中定義。在該工具中，我使用了一些“特殊”建模元素，如CompositeState 、History 、Sub-Diagrams 、ExitNodes等。

LCD 鍵盤屏蔽
LCD Keypad Shield 對于需要一個可視化屏幕和一些按鈕作為輸入的簡單項目來說非常酷 - 一個典型的簡單 HMI（人機(jī)界面）。LCD Keypad Shield 包含五個用戶按鈕和一個用于重置的按鈕。五個按鈕一起連接到 Arduino 的 A0 引腳。它們中的每一個都連接到一個分壓器，可以區(qū)分按鈕。

您可以使用analogRead(0) 來查找特定值，這當(dāng)然可能因制造商而異。這個簡單的項目在 LCD 上顯示當(dāng)前值：

#include
#include

LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

void setup() {
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.write("Measured Value");
}

void loop() {
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(analogRead(0));
delay(200);
}

這些是我的測量結(jié)果：

無：1023

選擇：640

左：411

下降：257

上：100

右：0

使用這些閾值可以讀取按鈕：

#define NONE 0
#define SELECT 1
#define LEFT 2
#define DOWN 3
#define UP 4
#define RIGHT 5

static int readButton() {
int result = 0;
result = analogRead(0);
if (result < 50) {
return RIGHT;
}
if (result < 150) {
return UP;
}
if (result < 300) {
return DOWN;
}
if (result < 550) {
return LEFT;
}
if (result < 850) {
return SELECT;
}
return NONE;
}

連接狀態(tài)機(jī)
狀態(tài)機(jī)生成的 C++ 代碼提供了接口，必須實現(xiàn)這些接口才能控制狀態(tài)機(jī)。第一步是將 in 事件與 Keypad Shield 的鍵連接起來。我已經(jīng)展示了如何讀取按鈕，但是為了將它們連接到狀態(tài)機(jī)，需要對按鈕進(jìn)行去抖動。否則事件將被多次引發(fā)，從而導(dǎo)致不可預(yù)測的行為。軟件去抖動的概念并不新鮮。

在我的實現(xiàn)中，我檢測到下降沿（釋放按鈕）。我讀取按鈕的值，等待 80 毫秒，保存結(jié)果并讀取新值。如果oldResult不是NONE （未按下）并且新結(jié)果是NONE ，那我就能知道該按鈕之前已被按下，現(xiàn)在已被釋放。之后，就可以提出狀態(tài)機(jī)的相應(yīng)輸入事件。

int oldState = NONE;
static void raiseEvents() {
int buttonPressed = readButton();
delay(80);
oldState = buttonPressed;
if (oldState != NONE && readButton() == NONE) {
switch (oldState) {
case SELECT: {
stateMachine->getSCI_Button()->raise_mode();
break;
}
case LEFT: {
stateMachine->getSCI_Button()->raise_set();
break;
}
case DOWN: {
stateMachine->getSCI_Button()->raise_light();
break;
}
case UP: {
stateMachine->getSCI_Button()->raise_light_r();
break;
}
case RIGHT: {
stateMachine->getSCI_Button()->raise_onoff();
break;
}
default: {
break;
}
}
}
}

連接
主程序使用三個部分：

狀態(tài)機(jī)

計時器

顯示處理程序（典型的 lcd.print(...)）

DigitalWatch* stateMachine = new DigitalWatch();
CPPTimerInterface* timer_sct = new CPPTimerInterface();
DisplayHandler* displayHandler = new DisplayHandler();

狀態(tài)機(jī)使用顯示處理程序并獲得一個計時器，該計時器將被更新以控制定時事件。之后，狀態(tài)機(jī)被初始化并進(jìn)入。

void setup() {
stateMachine->setSCI_Display_OCB(displayHandler);
stateMachine->setTimer(timer_sct);
stateMachine->init();
stateMachine->enter();
}

循環(huán)做了三件事：

引發(fā)輸入事件

計算經(jīng)過時間并更新計時器

調(diào)用狀態(tài)機(jī)

long current_time = 0;
long last_cycle_time = 0;
void loop() {
raiseEvents();
last_cycle_time = current_time;
current_time = millis();
timer_sct->updateActiveTimer(stateMachine,
current_time - last_cycle_time);
stateMachine->runCycle();
}

添加示例

將示例添加到正在運(yùn)行的 IDE 中：

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