STM32 SysTick定时器详解

SysTick介绍

定义：Systick，即滴答定时器，是内核中的一个特殊定时器，用于提供系统级的定时服务。该定时器是一个24位的递减计数器，具有自动重载值寄存器的功能。当计数器到达自动重载值时，它会自动重新加载并开始新的计数周期。

滴答定时器的主要功能

实现简单的 延时	操作系统的时基（如 FreeRTOS ）
生成定时中断以及进行精确定时和周期定时操作	软件看门狗等系统调度操作

在STM32中，Systick通常以HCLK（AHB时钟）或HCLK/8的频率作为运行时钟。 

 SysTick工作原理

在使用Systick定时器进行延时操作时，可以设定初值，并使能后，每经过一个系统时钟周期，计数值就减1。当计数到0时，Systick计数器自动重装初值（nus*72）并继续计数，同时内部的COUNTFLAG标志会置1位（计数完成），触发中断（如果中断使能）。这样，可以在中断处理函数中实现特定的延时逻辑。

时钟源：HCLK

 SysTick寄存器

STK_CTRL（控制及状态寄存器）

位	名称	类 型	默认值	描述
16	COUNTFLAG	R	0	如果在上次读取本寄存器后， SysTick 已经数到了 0 ，则该位为 1（计数完成） 。如果读取该位后，该位自动清零。
2	CLKSOURCE	R/W	0	0= 外部时钟源（ STCLK ）， ST 公司将其应用为 8 分频； 1= 内核时钟（ FCLK ）， ST 公司将其应用为 1 分频。
1	TICKINT	R/W	0	1 = SysTick 倒数到 0 时产生 SysTick 异常请求。（产生中断）； 0 =  数到 0 时无动作。
0	ENABLE	R/W	0	SysTick 定时器的使能位。

 STK_LOAD（重装载数值寄存器）

位	名称	类型	默认值	描述
23:0	RELOAD	R/W	0	当倒数至零时，将被重装载的值

 STK_VAL（当前数值寄存器）

位	名称	类型	默认值	描述
23:0	CURRENT	R/W	0	读取时返回当前倒计数的值，写它则使之清零，同时还会清除 在 SysTick 控制及状态寄存器中的 COUNTFLAG 标志。

 Hal_Delay函数的底层逻辑

HAL_Delay函数中（调用的是SysTick中的中断服务函数）：

HAL_Init函数中（调用寄存器，初始化SysTick_Init()函数）

手撸延时函数 （操作寄存器）

1.声明一个微秒的延时函数

步骤：（调用寄存器）

给重装载寄存器设置计数的个数：72*nus；

清空当前寄存器；

给寄存器（CLR）分配系数：不分频72MHz，1us记72个数；

打开定时器；

为使定时器正常的完成一个周期循环，进行判断：定时器是否正确打开，计数完标志位是否置1；

关闭计数器。

void delay_us(uint32_t nus)
{
    uint32_t temp = 0;
   //滴答定时器需要配置三个寄存器
    //1.确定要数多少个数72
    SysTick->LOAD = 72 * nus;
    //2.清空当前计数
    SysTick->VAL = 0x00;
    //3，配置分频系数
    SysTick->CTRL |= (1<<2);  //将1的二进制向左移2位
    //4，开启定时器
    SysTick->CTRL |=(1<<0);
//    while(!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));
    //再很多地方用到，定时可能被关掉，要判断定时器是否正常。enabe？1；countflag？1
    do{
        temp = SysTick->CTRL;
    }while((temp & 0x01) && !(temp & (1<<16)));
    //4.关闭定时器
    SysTick->CTRL &= ~(1<<0);
//    temp &= ~(1<<0);
}

2.声明一个毫秒的延时函数，利用while循环 

void delay_ms(uint32_t nms)
{
    while(nms--)
        delay_us(1000);
}

 3.声明一个延时秒的函数，利用毫秒函数

void delay_s(uint32_t ns)
{
    while(ns--)
        delay_ms(1000);
}

手撸操作系统的延时函数 

        当有操作系统时SysTick是用来做时基，这时定时器不能频繁的打开和关闭。所以，延时函数要用另一种写法。

思路：看定时器的值，当前和下次的数差额，换算成时间。，ticks一共需要记得数：72*nus；利用一个参数tcnt当前已经记了多少个数。利用while循环来记录记得数量，计算总和，如何超过定义的初值停止计数。

参数和原理：

流程图：

 微秒函数代码：

(根据流程图写代码)

void delay_us(uint32_t nus)
{
   //1.画流程提
    uint32_t ticks;
    uint32_t tcnt = 0,told,tnow;
    uint32_t relode = SysTick->LOAD;
    
    ticks = nus*72;
    told = SysTick->VAL;
    
    while(1){
        
        tnow = SysTick->VAL;
        if(tnow !=told){
            if(tnow < told)
                tcnt += told - tnow;
            else
                tcnt += relode -(tnow - told);

            told = tnow;
            
            if(tcnt > ticks)
                break; 
        } 
    }
}

 毫秒和秒的函数和不带操作系统时的函数相同。

项目：智能排队控制系统 

项目需求

1.  红外传感器检测有人通过并计数；
2.  计数值显示在LCD1602；
3.  允许通过时，LED1闪烁，蜂鸣器不响，继电器不闭合；
4.  不允许通过时，LED2闪烁，蜂鸣器响，继电器闭合；
5.  每次允许通过5个人，之后转为不允许通过，3秒后再转为允许通过。

硬件清单

红外避障模块

继电器

蜂鸣器

LCD1602

开发板

ST-Link

小实验：SysTick模拟多线程

 一般模拟多线程使用操作系统（FreeRots），但是本章利用SysTick定时器触发中断在中断服务函数里来实现

方法一：（在中断服务函数里直接写）

方法二： （写一个多任务的tasks.c文件）

tasks.c文件代码：

#include "tasks.h"
#include "stm32f1xx.h"
#include "led.h"
uint32_t task1_cnt = 0;
uint32_t task2_cnt = 0;

uint8_t task1_flag = 0;
uint8_t task2_flag = 0;

void systick_it(void){
    if(task1_cnt < 1000)
        task1_cnt ++;
    else{
        task1_flag = 1;
        task1_cnt = 0;  //计数清零
    }
    
     if(task2_cnt < 1000)
        task2_cnt ++;
    else{
        task2_flag = 1;
        task2_cnt = 0;   //计数清零
    }
}
上面声明的函数类似于 中断服务函数里的 回调函数：写的是服务代码。

void task1(void){
    if(task1_flag == 0)
        return;
    else{
        led1_toggle(); 
        task1_flag = 0;  //一定要清除标志位，否则上面标志位一直是1，灯一直亮
    } 
}

void task2(void){
    if(task2_flag == 0)
        return;
    else{
        led2_toggle();
        task2_flag = 0; //一定要清除标志位，否则上面标志位一直是1，灯一直亮
    }   
}

将自己写的 回调函数（服务代码）声明到 void SysTick_Handler(void)里：

 tasks.h文件代码

#ifndef __TASKS_H__
#define __TASKS_H__

void systick_it(void);
void task1(void);
void task2(void);

#endif

main.c文件代码

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "tasks.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz ，将外部HSE倍频到72Mhz*/ 
    led_init();                         /* LED初始化 */
    
    while(1)
    { 
        task1();
        task2();
    }
}

 注意：

利用SysTick模拟多线程存在时间差，不是完全的实时操作系统，只能实现简单的任务。

 模块：红外跟随避障

模块介绍

        在智能车、机器人和自动化等领域避障技术是确保安全和高效运行的关键。红外避障模块作为一种常见的避障解决方案，因其非接触、响应速度快和抗干扰能力强等优点而备受青睐。本文将详细介绍红外避障模块的特点、工作原理、以及应用案例，帮助您更好地了解这一技术。

工作原理：

红外避障模块不断发射红外信号，当红外信号：

1. 有反射回来，OUT 输出低电平，输出指示灯（绿灯）亮。
2. 没反射回来，OUT 输出高电平，输出指示灯（绿灯）灭。

        红外避障模块上的一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器（LM393）电路处理之后，信号输出接口输出低电平信号，同时绿色指示灯会亮起。

         因为黑色能够吸收红外线（红外线不反射），而白色不行（红外线反射），所以除了避障外可用作黑白线循迹、光电开关等等。

常见的用途：

1. 机器人避障；
2. 小车避障、跟随；
3. 流水线计数；
4. 黑白线循迹。

工作参数及引脚介绍

工作参数：

工作电压	DC 3.3-5V
工作温度	-10°C ~ +50°C
检测角度	35°
检测距离	2 ~ 30 CM可调（不同厂家略有差异），距离越近性能越稳定。
灵敏度	模块中蓝色的电位器用于调节灵敏度，顺时针旋转，灵敏度变高，检测距离变长；逆时针越小，灵敏度变低，检测距离变短。

接线如下：

红外避障模块	STM32	备注
VCC	3.3/5V	电源正极
GND	GND	电源负极
OUT	任意GPIO口	数字输出

 小实验:红外点灯

实验目的：用手遮挡红外传感器，LED1点亮2s，之后熄灭。

硬件清单：

红外传感器

上官二号

ST-Link

硬件接线：

STM32	红外避障模块
5v	VCC
G	GND
GPIO口：PB4	OUT

exti.c文件代码：

原理：低电平触发中断，反转led灯。

步骤：（中断函数）

写一个初始化中断的函数：开启GPIOA的时钟，配置GPIO口；

写一个中断服务函数，里面调用一个GPIO口的公共服务函数；

调公共服务函数中的回调函数，编写服务代买；

获取中断标志位函数；

设置中断标志位的函数。

#include "exti.h"
#include "stm32f1xx.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"

//定义一个标志位
uint8_t vibrate_flag = False;

void exti_init(void){
    //打开时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    //初始化GPIO口
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstruct;
    
    GPIO_Initstruct.Mode =GPIO_MODE_IT_FALLING;
    GPIO_Initstruct.Pin = GPIO_PIN_4;
    GPIO_Initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_Initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
    HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initstruct);
    
    //在HAL_Init()函数中进行优先级分组，默认第四种，实际用二种
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn,2,0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn); 
}

//中断服务函数,
void EXTI4_IRQHandler(void){
    //调用GPIO的中断公共函数，不同外设不同
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4);
    
}
//回调函数（GPIO口只有一个），业务代码：按键；消抖
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
    //消抖，震动可忽略不计： delay_ms(20);
    if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_4){  //判断EXTI0是否是GPIO_PIN0
        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_4) == GPIO_PIN_RESET){//判断GPIO口是否是低电平
//            led1_toggle();
           //设置中断标志位
            vibrate_flag = Ture;
        }
    }   
}
//让主函数识别中断标志位，定义一个获取中断标志位的函数
uint8_t vibrate_flag_get(void){
    uint8_t temp = vibrate_flag;  //第一次调用这个函数，返回：True；第二次调用，返回：False
    vibrate_flag = False;
    return temp;
}

//设置中断标志位的值
void vibrate_flag_set(uint8_t value){
    vibrate_flag = value;
}

exti.h文件代码：

#ifndef __EXTI_H__
#define __EXTI_H__
#include "stdint.h"

#define Ture 1
#define False  0

void exti_init(void);
uint8_t vibrate_flag_get(void);
void vibrate_flag_set(uint8_t value);
    
#endif

main.c文件代码：

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "exti.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    exti_init();
    
    while(1)
    { 
      if(vibrate_flag_get() == Ture){
        led1_on();
        delay_ms(2000);
        led1_off();
        vibrate_flag_set(False); 
     //避免在触发一次中断，LED灯亮的同时，受到外界的中断触发，标志位一直置为True，小灯一直亮。
      }
    }
}

模块：LCD1602显示模块

LCD1602介绍

定义：LCD1602（ Liquid Crystal Display 1602），一种常见的字符型液晶显示模块。它能够显示16列2行，共32个字符字符，每个字符都由5×8像素点阵构成，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的液晶显示模块。

分类：

显示字符	屏幕颜色	作电压
1602（16列2行）、2004（20列4行）、12864（128列64行）	蓝屏（白字）、黄绿屏（黑字/白字）、灰屏（黑字）	5V、3.3V

工作参数和引脚介绍 

工作参数

工作电压	工作电流	工作温度	设备寿命
5V	2.0mA	-20°C ~ +70°C	>100,000小时

引脚接线 

（注意：在接线完成之前，不要给板子供电，避免把LCD1602显示模块烧坏）

 引脚注解：

V0：液品显示器对比度调整端，接正电源时对比度最高，接地时对比度最低，对比度过高时会产 生“鬼影”，使用时可以通过电位器或电阻调整对比度。电阻小了全是黑块，电阻大了不显示。

RW：读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当 RS （0：指令寄存器）和 RW（0： 写） 共同为低电平时可以写入指令成者显示地址；

当 RS 为低电平（0：指令寄存器）），RW 为高电平（1：读）时可以读出信号；

当 RS 为高电平（1：数据寄存器），RW 为低电平时（0： 写）可以写入数据。

E：使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

 基本操作时序

 读操作时序图

写操作时序图 

我们以写操作为例，分析一下时序图。

当我们要写指令的时候，RS 置为低电平，RW 置为低电平，E 置为低电平，然后将指令数据送到数据口 D0~D7，延时 tsp1，让 LCD1602 准备接收数据，这时候将 E 拉高，产生一个上升沿，这时候指令就开始写入 LCD1602，延时一段时间，将 E 置为低电平。

当我们要写数据的时候，RS 置为高电平，RW 置为低电平，E 置为低电平，然后将指令数据送到数据口 D0~D7，延时 tsp1，让 LCD1602 准备接收数据，这时候将 E 拉高，产生一个上升沿，这时候数据就开始写入 LCD1602，延时一段时间，将 E 置为低电平。

对比一下可以发现，写指令和写数据在时序上只是 RS 的不同，写指令 RS=0，写数据 RS=1

时序时间参数如下： 

  LCD1602指令

指令1	清显示，指令码 01H，光标复位到地址 00H 位置。
指令2	光标复位，光标返回到地址00H。
指令3	I/D：光标和显示模式设置，光标移动方向，高电平右移，低电平左移； S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。
指令4	显示开关控制。 ​ D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示； ​ C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标； ​ B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5	S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标； ​R/L：高电平时右移，低电平时左移。
指令6	功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线； ​ N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示； ​ F：低电平时显示5×7的点阵字符，高电平时显示5×10的点阵字符。
指令7	字符发生器RAM地址设置。
指令8	DDRAM地址设置。
指令9	读忙信号和光标地址，BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10	写数据。
指令11	读数据。

  LCD1602显存地址

写入地址：

 写入显示地址时要求最高位 D7 为高电平（1）：

写入第一行第一个字符的地址：

00000000B（00H）（1行1列）+ 10000000B(80H)（最高位置1） = 10000000B(80H)。

写入第二行第一个字符的地址：

01000000B（40H）（1行2列）+ 10000000B(80H)（最高位置1） = 11000000B(C0H)

写入字符

 字符表如下，和 ASCII 码相似：

例：数字1 = 高八位（0011）+低八位（xxxx0001） = 00110001（对应十进制ASCII表）

LCD1602启动流程 

小实验：LCD1602显示内容

实验目的 ：

1. 使用LCD1602显示一个字符；
2. 使用LCD1602显示一个字符串。

硬件清单：

LCD1602

上官二号

ST-Link

电阻（可以不用）

硬件接线：

LCD1602	STM32
VSS	GND
VDD	5V
V0	GND
RS	B1
RW	B2
E	B10
D0	A0
D1	A1
D2	A2
D3	A3
D4	A4
D5	A5
D6	A6
D7	A7
A	3.3V
K	GND

实验1：LCD1602显示一个字符 

lcd1602.c文件代码：

步骤：

1. 初始化lcd的函数：初始化GPIO口函数 和 初始化启动过程函数；
2. 根据 时序图 编写 写指令 和 写数据 的函数；（使用宏定义更加的方便，简洁）
3. 根据 写地址 和 写数据 的原理：编写一个写字符的函数。

#include "lcd.h"
#include "delay.h"

//进行RS寄存器宏定义
#define RS_GPIO_Poter  GPIOB
#define RS_GPIO_PIN    GPIO_PIN_1
#define RS_LOW         HAL_GPIO_WritePin(RS_GPIO_Poter,RS_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET)
#define RS_HIGH        HAL_GPIO_WritePin(RS_GPIO_Poter,RS_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET)

//进行RW寄存器进行宏定义
#define RW_GPIO_Poter   GPIOB
#define RW_GPIO_PIN     GPIO_PIN_2
#define RW_LOW          HAL_GPIO_WritePin(RW_GPIO_Poter,RW_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET)
#define RW_HIGH         HAL_GPIO_WritePin(RW_GPIO_Poter,RW_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET)

//对E寄存器进行宏定义
#define E_GPIO_Poter    GPIOB
#define E_GPIO_PIN      GPIO_PIN_10
#define E_HIGH          HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET)
#define E_LOW           HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET)

void lcd_init(void){
    //初始化GPIO口
    lcd_gpio_init();
    //（开机）上电的初始化
    lcd_start_init(); 
}
//上电的初始化
void lcd_gpio_init(void){
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initstruct;
    GPIO_Initstruct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_4|
                          GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    GPIO_Initstruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_Initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initstruct);
    
    GPIO_Initstruct.Pin = RW_GPIO_PIN|RS_GPIO_PIN|E_GPIO_PIN;
    GPIO_Initstruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_Initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initstruct);
    
}
//启动初始化
void lcd_start_init(void){
    //延时15ms
    delay_ms(15);
    //写指令38H（不检测忙信号）
    lcd_write_cmd(0x38);
    //延时5ms
    delay_ms(5);
    //检测忙信号
    //写指令38H：显示模式设置
    lcd_write_cmd(0x38);
    //写指令08H：显示关闭
    lcd_write_cmd(0x08);
    //写指令01H：显示清屏
    lcd_write_cmd(0x01);
    //写指令06H：显示光标移动设置
    lcd_write_cmd(0x06);
    //写指令0CH：显示开及光标设置
    lcd_write_cmd(0x0C);
}

//根据时序图来完成写指令的函数
void lcd_write_cmd(char cmd){
    RS_LOW;             //写指令
    RW_LOW;             //写
    E_LOW;              //将E置低电平
    GPIOA->ODR = cmd;   //将指令写入到GPIOA的输出寄存器里的的低八位中
    delay_ms(5);        //延时tsp2
    E_HIGH;             //E置高电平
    delay_ms(5);        //延时tpw
    E_LOW;              //将E置低电平
}

//根据时序图来完成写数据的函数
void lcd_write_date(char data){
    RS_HIGH;             //写数据
    RW_LOW;              //写
    E_LOW;               //将E置低电平
    GPIOA->ODR = data;   //将指令写入到GPIOA的输出寄存器里的的低八位中
    delay_ms(5);         //延时tsp2
    E_HIGH;              //E置高电平
    delay_ms(5);         //延时tpw
    E_LOW;               //将E置低电平
}

//显示一个字符的函数
void lcd_show_char(int colum,char data){
    //在哪里显示？
     lcd_write_cmd(0x80+colum);
    //显示内容？
    lcd_write_date(data);
    
}

lcd.h文件代码：

#ifndef __LCD_H__
#define __LCD_H__
#include "stm32f1xx.h"

void lcd_init(void);
void lcd_gpio_init(void);
void lcd_start_init(void);
void lcd_write_cmd(char cmd);
void lcd_write_date(char dataShow);

void lcd_show_char(int colum,char data);

#endif

main.c文件代码：

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "lcd.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    lcd_init();
    
    while(1)
    { 
        lcd_show_char(0x0E,'x');
    }
}

实验2：lcd显示一个字符串

基本流程和上述显示一个字符一样；区别在lcd.c文件中显示字符函数：

mian.c文件代码：

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "lcd.h"


int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    lcd_init();
    
    while(1)
    { 
        lcd_show_string(1,0,"xys!!!");
        lcd_show_string(2,0,"good!!!");
    }
}

 出现的问题和改正：

LCD屏幕第一行有黑块

        可能的问题：接线问题，没烧录代码。

利用for循环遍历字符串中的字符时，出现只打印一半的的情况

 输出的结果：（不完整）

原因：

在于循环条件中错误地使用了动态变化的 strlen(string)；

每次循环迭代时，string 指针递增，导致 strlen(string) 的值逐渐减少，最终提前终止循环。

 例如，初始字符串长度为 11，但随着指针后移，后续的 strlen 会依次返回 10、9、8…当循环变量 i 超过当前剩余长度时，循环终止，导致只打印部分字符。

解决办法：预先计算字符串长度并保存在变量中，循环时使用固定的长度值。

 完结项目

状态机 

定义：状态机（State Machine）是一种用于描述系统行为或功能行为的数学模型。它通常包含一组状态、一组转换条件以及动作执行。状态机通过在不同状态之间进行转换来模拟系统的行为。

主要特点： 

1.  有限状态：状态机通常具有有限数量的状态。这些状态可以是有序的、离散的或层次化的。
2. 转换条件：状态之间的转换是基于特定条件触发的。当满足某个条件时，状态机会从当前状态转换到下一个状态。
3.  动作执行：在状态转换过程中，状态机可能会执行某些动作或操作。这些动作可以包括计算、数据更新、输出信号等。
4. 确定性和非确定性：状态机可以是确定性的（每个条件唯一对应一个转换）或非确定性的（一个条件可能导致多个可能的转换）。

实现方式：状态机的实现方式多种多样，可以使用编程语言中的条件语句、循环结构或专门的状态机库来实现。此外，硬件设计领域中的有限状态机（Finite State Machine, FSM）也是状态机的一种重要应用。

举例：

while(1)
{
    if(state == 开心)
    {
        KTV();
        撸串();
        if(女朋友跟人跑了)
            state = 郁闷;
    }
    else if(state == 郁闷)
    {
        抽烟();
        嫩模();
        if(交新女朋友了)
            state = 开心;
        else if(刷到良许直播)
            state = 打鸡血;
    }
    else if(state == 打鸡血)
    {
        写bug();
        改bug();
        if(成功入行了)
            state = 开心;
    }
}

本项目的状态机 

项目框图

 硬件接线

执行代码

tasks.c文件代码：

在模拟系统中，采用多线程，来完成状态的编写，写到滴答定时器的中断服务函数中。

步骤：

声明一个滴答定时器的回调函数（写服务代码）；

服务代码：状态机的状态（是否允许通行）、要执行的行为（led灯的亮灭、继电器的开闭、蜂鸣器的响、lcd显示字符串）、自动转化条件（3s之后状态的转换）；

声明一个执行条件的函数：当通过5个人的时候，条件转化（当有人通过时计数器计次，利用lcd显示屏显示当前的计数的次数；超过5人后状态转化）。

#include "tasks.h"
#include "stm32f1xx.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "gate.h"
#include "lcd.h"
#include "exti.h"
#include "stdio.h"

//定义一个枚举来声明状态机的状态
enum{
    PASS_STATE,                          //注意：这里有个逗号
    WAIT_STATE 
};                                       //这里有个分号

uint32_t led1_cnt = 0;
uint32_t led2_cnt = 0;
uint32_t wait_cnt = 0;

uint8_t led1_task_flag = 0;
uint8_t led2_task_flag = 0;

uint8_t state = PASS_STATE;             //定义一个状态：通过和不通过

void systick_it(void){                  //回调函数
    //如果处于允许通行的状态
    if(state == PASS_STATE){
        //LED1以1s的频率闪烁
        if(led1_cnt < 1000)
            led1_cnt ++;
        else{
            led1_toggle();
            led1_cnt = 0;
        }
        //LED2不闪
        led2_off();
        //蜂鸣器不响
        beep_off();
        //继电器打开
        gate_on();
//        lcd_show_string(1,1,"hello");
       
    }
    //如果处于不允许通行的状态
    else if(state == WAIT_STATE){
        //LED1不闪，LED2以500ms的频率闪烁
        led1_off();
        if(led2_cnt < 500){
            led2_cnt ++;
        }
        else{
            led2_toggle();
            led2_cnt = 0;
        }
        //蜂鸣器响
        beep_on();
        //继电器关闭
        gate_off();
        //计时3s之后
        if(wait_cnt < 5000)    // 5s
            wait_cnt ++;
        else{
            wait_cnt = 0;
            //进入允许通行的状态
            state = PASS_STATE;   
            //LCD显示状态
            lcd_show_string(1,3,"...PASS...");
        }
    }
}

//在主函数中调用实现检测人数
uint32_t passager = 0;
void exti_task(void){
        //检测有人通过
    if(ia_flag_get() == True && state == PASS_STATE){
         passager ++;
        //在lcd显示屏上显示当前的计数人数
        char message[16];                                //创建一个字符数组，存储字符串
        sprintf(message,"PASS...%02d/05",passager);      //将字符串打印到字符数组中
        lcd_show_string(1,1,message);
    }
    //如果通过的人数超过5个
    if(passager >= 5){
        passager = 0;
        //进入不允许通行的状态
        state = WAIT_STATE;
        //lcd显示当前的状态
        lcd_show_string(1,1,"....WAIT....");
    }
}
    

main.c的文件代码：

#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "tasks.h"
#include "gate.h"
#include "exti.h"
#include "lcd.h"
#include "beep.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz ，将外部HSE倍频到72Mhz*/ 
    led_init();                         /* LED初始化 */
    gate_init();
    exti_init();
    lcd_init();
    beep_init();
    
    while(1)
    { 
       exti_task();
    }
}

本项目的新知识的总结：

利用systick模拟操作系统，实现多线程的编程；

提前将避障红外模块，继电器，蜂鸣器，led灯的代码写好；

利用枚举来定义状态机的状态，相比宏函数更加的方便；

利用 &&运算符，进行两个条件的限制；

作者：许有杨