為 16x2 LCD Keypad Shield 使用 YAKINDU 狀態圖工具創建數字手表。

我將向您展示如何使用YAKINDU Statechart Tools創建數字手表并在使用 LCD Keypad Shield 的 Arduino 上運行。

數字手表的原始模型取自大衛哈雷爾。他之前發表過一篇關于“狀態機和狀態圖的傳統形式的廣泛擴展”的論文。在論文中，他以數字手表為例進行了研究。我以此為靈感，使用YAKINDU Statechart Tools （一種用于創建狀態機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 上讓它重新煥發生機。

數字手表的工作原理

讓我們從定義數字手表應該如何工作開始。

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

使用模式按鈕，您可以區分模式并激活/禁用時鐘功能：

顯示時間（時鐘）

顯示日期（日期）

設置鬧鐘（鬧鐘 1、鬧鐘 2）

啟用/禁用鈴聲（設置鈴聲）

使用秒表（秒表）

在菜單中，您可以使用開/關按鈕來配置模式。設置按鈕允許您設置時間 - 例如時鐘或鬧鐘。秒表可以通過使用開燈和關燈按鈕來控制 - 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。

狀態機

我不想詳細解釋這個例子。這不是因為它太復雜，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。狀態機的某些部分在子區域中匯總，例如設置的時間區域。這樣就可以確保狀態機的可讀性。

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 - 狀態圖 - 指定了模型的邏輯執行。

要創建滿足指定行為的狀態機，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;

每次調用狀態機時，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)

狀態機的基本執行已在“數字手表的工作原理”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，可以區分按鈕。

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

#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;
}

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

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

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：

狀態機

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();

狀態機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，狀態機被初始化并進入。

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

循環做了三件事：

引發輸入事件

計算經過時間并更新計時器

調用狀態機

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();
}

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