C语言程序设计方案报告书.doc

《C语言程序设计》
试验设计汇报

学院:_机电工程
专业班级: 自动化31班
学生姓名: 王刘鄞
学号:
指导老师： 段江涛
设计题目: ___三层电梯状态机编程__

05月18日

目录

1. 设计题目：三层电梯状态机 3
前期只考虑了三层电梯模型，由此产生了（版本一）
后期对电梯程序进行了修改，适应多楼层（版本二）
2. 设计方案： 3
2.1前期设计方案（版本一）
2.2后期改善及楼层推广，适应多楼层（版本二）
3.状态机建模： 3
3.1状态图建立
图一：状态图
图二: 思维图
3.2状态机功效模块
3.3函数和调用关系
4.代码分析及程序优化 9
4.1版本一和版本二初始化比较分析
4.2版本一和版本二上升函数部分比较分析
4.3版本一和版本二下降函数部分比较分析
4.4版本一和版本二开门函数部分比较分析
4.5版本一和版本二关门函数部分比较分析
4.6两种版本评定及比较分析
5. 系统运行测试结果分析 17
测试一:电梯内楼层按键使用及演示（现在基于三层）
测试二:楼层外上下按键使用及演示
测试三:开关门按钮使用及演示
测试四：自动到一楼
综合测试分析
以上测试结果对于版本一及版本二全部适用，实测正确。
6.学习心得及部分改善和调试过程中心得体会 26

1. 设计题目：三层电梯状态机课程设计
2. 设计方案：
版本一：以每个楼层可能情况判定分析---穷举法
经过设计多种状态翻转，利用状态机模型，来实现电梯正常运转，首先对全部可能发生事件进行罗列，并进行归类，抵达一个好状态分析。依据日常经验分析，我采取是把电梯运动进行归类，把门分为四种状态，门开（Dooropen）,门正在关（DoorClosing）,电梯上升（Movingup）,下降（Movingdown）,而把什么全部不做视为第一状态（Idle,和在里面判定是否有外部事件发生），在这状态下，能够实现向其它四状态跳转。
版本二：只对事件不对楼层判定----通常化
在版本一上进行了，代码改善，使用静态检测对楼层进行了通常化处理，不细分楼层
3.状态机建模
3.1状态图
图一：参考

图二：具体条件判定状态图（插图）

3.2状态机功效模块
一：初始化
二：移动
下降模块
上升模块
三：开关门
开门模块
关门模块可能发生Events：
E1: 门内开门按钮(OpenDoorLight)
E2: 门内关门按钮(CloseDoorLight)
E3: 门内楼层按钮(PanelFloorLight)
现在使用三个按钮（1,2,3）
E4: 门外up呼叫按钮(Call Light)
E5: 门外down呼叫按钮(Call Light)
3.2函数和调用关系：
状态机关键函数及自己发挥部分
/*****************************************************************************/
void Idlestate(int *state)； //初始化函数
void movingup(int *state)； //向上升函数
void movingdown(int *state)；//下降函数
void Dooropen(int *state)； //开门函数
void Doorclosing(int *state) //门关闭函数
初始化函数依据条件跳转上升下降及开门函数；
上升下降函数依据条件跳转开门函数；
门开函数依据条件调用门关闭函数；
门关闭依据条件调用初始化及门开;
三层电梯使用到函数
/*******************************************************************/
// 系统是否运行
bool IsElevatorRunning();
// 电梯门外Up/Down呼叫按钮灯(Call Light)
bool GetPanelFloorLight(int floor);
void SetCallLight(int floor, bool up, bool s);
// 电梯门内楼层按钮灯(Panel Floor Light)
bool GetPanelFloorLight(int floor); // IdleWhatFloorToGoTo()等函数中用
void SetPanelFloorLight(int floor, bool s);
// 电梯门内开关门按钮灯
bool GetOpenDoorLight();
void SetOpenDoorLight(bool s);
bool GetCloseDoorLight();
void SetCloseDoorLight(bool s);
// 电梯箱体门
bool IsDoorOpen(int floor);
bool IsDoorClosed(int floor);
void SetDoor(int floor, bool open);
// 设置电机功率，power=1,全速上升；-1，全速下降；0，停止
void SetMotorPower(double power);

// 一定时间无动作，自动到1楼
extern void AutoTo1Floor();
// 取消自动到1楼
extern void CancelTo1Floor();
// 获取电梯箱体目前所在楼层
double GetFloor(); // 浮点数，如1.5，表示电梯箱体处于1层到2层中间
int GetNearestFloor(); // GetFloor()函数四舍五入值
if(fabs(GetFloor() - GetNearestFloor()) < Lib_FloorTolerance)
{ 抵达GetNearestFloor()层 }
// 静态监测,电梯处于空闲状态, 确定下一步运动方向和所到楼层(目标楼层)
int IdleWhatFloorToGoTo(bool *up);
int floor; bool up;
floor = IdleWhatFloorToGoTo(&up);
// 动态监测, 电梯正在上升时，检测将要抵达停止最近楼层(目标楼层)
int GoingUpToFloor();
// 动态监测, 电梯正在下降时，检测将要抵达停止最近楼层(目标楼层)
int GoingDownToFloor();

/*******************************************************************/

3.3分别对每个状态进行分析
Idle状态，电梯停止在某楼层，门是关闭，处于静止状态，等候相关事件发生，从而转换到下一个状态。

(S1) 检验E3、E4、E5事件。
静态检测，bool up; 目标楼层=IdleWhatFloorToGoTo(&up);
关闭本层门外up按钮，SetCallLight();
即消费门外up按钮，预防下一周期反复处理此按钮行为。
(S2) 同(S1)，消费门外down按钮。
1层以上，一定时间无动作，自动下降到1楼。AutoTo1Floor();[其它 状态， 取消此功效，CancelTo1Floor()]
(S3) 检验E1事件, 开门, 消费开门按钮;
上升 (up && E4事件), 开门，消费门外up按钮
下降 (!up && E5事件), 开门，消费门外down按钮
(S4) 检验E2事件,此时门应该是关闭,所以仅读取关门灯，并关闭关门灯，即消费按键行为，预防下一周期反复处理该按钮行为。
if(GetCloseDoorLight()) { SetCloseDoorLight(false); return; }

Moving状态：

MovingUp/MovingDown 跳转到 DoorOpen
(S5) 检验E3、E4、E5事件。动态检测，目标楼层floor=GoingUpToFloor();
if(fabs(GetFloor() - floor) < Lib_FloorTolerance) 抵达目标楼层，停止，开门
消费门外up按钮; 到了最高层Lib_FloorNum, 消费门外down按钮。消费门内楼层按钮。
(D) 检验E1、E2事件，无动作，消费开/关门按钮。
(S6) 检验E3、E4、E5事件。动态检测，目标楼层=GoingDownToFloor();其它和 (S5)类似。

DoorOpen状态: 电梯门打开 跳转到à DoorClosing
(S7) 检验E2事件，转而关门，GetCloseDoorLight(),SetDoor(); 消费关门按 钮。
开门结束后，自动进入关门状态。IsDoorOpen();SetDoor();
检验E1事件, 无动作，消费开门按钮。
DoorClosing状态: 正在关门 跳转到à DoorOpen
(S8) 检验E1事件，转而开门。GetOpenDoorLight();SetDoor(); 消费关门按钮。
检验E2事件，无动作，消费关门按钮。
DoorClosing状态: 正在关门 à Idle
(S9) 关门结束后，进入Idle状态。IsDoorClosed();

4.1版本一和版本二初始化比较分析
版本一
使用switch语句进行判定， 1层以上，一定时间无动作，自动下降到1楼。AutoTo1Floor();[其它状态，取消此功效，CancelTo1Floor()
分别在某一层可能发生事件进行判定，并进行对应处理。没有使用部分函数
代码及注解分析以下：
floor = GetNearestFloor();
up = 1; //up这里只是充当数值上或下
switch (floor) //到了每一层进行判定各层会发生情况
{
case 1:
if (GetCallLight(1, up)) //在第一楼向上按了
{
*state = DoorOpen; //开门
printf("Transition: from Idlestate to DoorOpen.\n");
return;
} //假如在2，3层或是按楼层键
if (GetPanelFloorLight(2) | GetCallLight(2, up) | GetCallLight(2, 0) | GetPanelFloorLight(3) | GetCallLight(3, 0))
{
*state = MovingUp; //上升状态
printf("Transition: from Idlestate to MovingUp.\n");
return;
}
//开关门判定
if (GetOpenDoorLight()) //假如开门按钮打开
{
SetDoor(floor, true); //开门
SetOpenDoorLight(false);
*state = DoorOpen;
return;
}
if (GetCloseDoorLight()) //相关门按键就关门
{
SetDoor(floor, false);
SetCloseDoorLight(false);
*state = DoorClosing;
return;
}
break;
case 2: //在第二层
if (GetPanelFloorLight(3) | GetCallLight(3, 0) | GetCallLight(3, up))
//第三层出现按键有用
{

*state = MovingUp; //上升
printf("Transition: from Idlestate to MovingUp.\n");
return;
}
if (GetPanelFloorLight(1) | GetCallLight(1, 0) | GetCallLight(1, up))
//第一层按键
{
*state = MovingDown;//下降
SetCallLight(floor, 0, false);
printf("Transition: from Idlestate to MovingDown.\n");
return;
}
if (GetOpenDoorLight()) //假如开门按钮打开
{
SetDoor(floor, true); //开门
SetOpenDoorLight(false);
*state = DoorOpen;
return;
}
if (GetCloseDoorLight()) //相关门按键就关门
{
SetDoor(floor, false);
SetCloseDoorLight(false);
*state = DoorClosing;
return;
}
AutoTo1Floor();//自动到一楼
break;
case 3: //第三层碰到情况
if (GetPanelFloorLight(1) | GetPanelFloorLight(2) | GetCallLight(2, 0) | GetCallLight(1, 1) | GetCallLight(2, 1))
{
*state = MovingDown;
SetCallLight(floor, 0, false);//下降
printf("Transition: from Idlestate to MovingDown.\n");
return;
}
if (GetOpenDoorLight()) //假如开门按钮打开
{
SetDoor(floor, true); //开门
SetOpenDoorLight(false);
*state = DoorOpen;
return;
}
if (GetCloseDoorLight()) //相关门按键就关门
{
SetDoor(floor, false);
SetCloseDoorLight(false);
*state = DoorClosing;
return;
}
AutoTo1Floor();//自动到一楼
break;
以上是版本一初始化函数
版本二
使用静态检测，bool up; 目标楼层=IdleWhatFloorToGoTo(&up);
只对事件进行判定
void Idlestate(int *state)
{
int floor, nowfloor;
bool up;
nowfloor = GoingDownToFloor();
if (nowfloor == 1)
{
if (GetCallLight(1, 1))
{
*state = DoorOpen;
SetCallLight(1, 1, false);
printf("Transition: from Idlestate to DoorOpen.\n");
return;
}

}
floor = IdleWhatFloorToGoTo(&up); //静态检测上升到那一楼
if (floor > -1)
{
//判定电梯楼层按钮程序
if (up && GetPanelFloorLight(floor)) //向上按钮按了就向上运行
{
// SetCallLight(floor, up, false);
*state = MovingUp; //状态翻转
printf("Transition: from Idlestate to MovingUp.\n");
return; //降低代码运行时间
}
if (!up&&GetPanelFloorLight(floor))
{
// SetCallLight(floor, !up, false);
*state = MovingDown;
printf("Transition: from Idlestate to MovingDown.\n");
return;
}
//电梯内上下按钮程序
if (GetCallLight(floor, up) | GetCallLight(floor, !up)) //楼层上下呼叫
{

if (up == true) //开始消费
{
*state = MovingUp;
printf("Transition: from Idlestate to MovingUp.\n");
return;
}
if (up == false)
{
*state = MovingDown;
printf("Transition: from Idlestate to MovingUp.\n");
return;
}
}
//开关门函数处理
if (GetCloseDoorLight()) //关门灯判定
{
SetCloseDoorLight(false);
*state = DoorClosing;
printf("Transition: from Idlestate to DoorClosing.\n");
return;
}
if (GetOpenDoorLight()) //开门灯判定
{
SetOpenDoorLight(false);
*state = DoorOpen;
printf("Transition: from Idlestate to DoorOpen.\n");
return;
}
}
///对自动下降函数处理
if(nowfloor > 1)
{
AutoTo1Floor();
//printf("进去了1111\n"); //测试用
}
}
4.2 版本一和版本二上升函数部分比较分析
版本二在版本一基础上修改不大，局部进行了部分调整，但没什么改变。
版本一这个函数已经靠近完善。
二者思绪相同只是一个消费过程，其它绝大多数全部在初始化中进行了判定。
版本一
void movingup(int *state)
{
int floor;
bool up=1;
CancelTo1Floor();
floor=GoingUpToFloor()； //动态检测
if (GetPanelFloorLight(floor)) //灭灯过程，预防反复消费
SetPanelFloorLight(floor, false);
if (GetCallLight(floor, up))
SetCallLight(floor, up, false);
if (GetCallLight(floor, 0))
SetCallLight(floor, 0, false);
if (fabs(GetFloor()-floor) < Lib_FloorTolerance)//判定距离，调整电机
{
SetMotorPower(0);
SetDoor(floor, 1);
*state = DoorOpen;
printf("Transition: from Movingup to DowmOpen.\n");
return;
}
else
SetMotorPower(1);
}

版本二
void movingup(int *state)
{
int floor;
bool up = 1;
CancelTo1Floor(); //取消自动到一楼
floor=GoingUpToFloor(); //判定到那一层

if (fabs(GetFloor()-floor) < Lib_FloorTolerance) //距离判定
{
if (GetCallLight(floor, up) | GetCallLight(floor, !up)) //楼层上下呼叫
{

SetCallLight(floor, up, false); //灭灯
SetCallLight(floor, !up, false);
}
if (GetPanelFloorLight(floor)) //灭灯楼层按钮
SetPanelFloorLight(floor, false);
SetMotorPower(0);
SetDoor(floor, 1);
*state = DoorOpen;
printf("Transition: from Movingup to DowmOpen.\n");
return;
}
else
SetMotorPower(1);
}4.3 版本一和版本二下降函数部分比较分析
版本二在版本一基础上修改不大，局部进行了部分调整，但没什么改变。
版本一这个函数，在调试过程中碰到了麻烦。
二者思绪相同只是一个消费过程，其它绝大多数全部在初始化中进行了判定。
版本一
void movingdown(int *state)
{
int floor;
bool up = 1;
CancelTo1Floor();
if (GetPanelFloorLight(1) | GetPanelFloorLight(2) | GetCallLight(2, 0) | GetCallLight(1, 1) | GetCallLight(2, 1) | GetPanelFloorLight(1) | GetCallLight(1, 0) | GetCallLight(1, up))
{
floor = GoingDownToFloor();
//灭灯
} //加上这个处理了不能到一楼BUG
floor = 1;
if (GetPanelFloorLight(floor))
SetPanelFloorLight(floor, false);
if (GetCallLight(floor, !up))
SetCallLight(floor, !up, false);
if (GetCallLight(floor, up))
SetCallLight(floor, up, false);

if (fabs(GetFloor() - floor) < Lib_FloorTolerance)
{
SetMotorPower(0);
SetDoor(floor, 1);
*state = DoorOpen;
printf("Transition: from movingdown to DoorOpen.\n");
return;
}
else
SetMotorPower(-1);
}
版本二：
void movingdown(int *state)
{
int floor;
// bool up = 1;
CancelTo1Floor();
//{// floor = 1;
// if (GetCallLight(floor, !up) | GetCallLight(floor, up) | GetPanelFloorLight(floor))
//{ // 去掉了那一部分，精简了代码
floor = GoingDownToFloor();
//}
if (GetPanelFloorLight(floor))
SetPanelFloorLight(floor, false);
if (fabs(GetFloor() - floor) < Lib_FloorTolerance)
{
if (GetCallLight(floor, up) | GetCallLight(floor, !up))//楼层上下呼叫
{

SetCallLight(floor, up, false); //灭灯
SetCallLight(floor, !up, false);
}
if (GetPanelFloorLight(floor))
SetPanelFloorLight(floor, false);
SetMotorPower(0);
SetDoor(floor, 1);
*state = DoorOpen;
printf("Transition: from movingdown to DoorOpen.\n");
return; }
else
SetMotorPower(-1);

}
4.4版本一和版本二开门函数部分比较分析
void Dooropen(int *state)
{
int floor;
floor = GetNearestFloor();
CancelTo1Floor();
if (GetCloseDoorLight()) //相关门按键就关门
{
SetDoor(floor, false);
SetCloseDoorLight(false);
*state = DoorClosing;
return;
}
else if (IsDoorOpen(floor)) //假如门是关闭就进去，返回门是否是 打开，true表示门是打开，不然门是关闭或正在打开/关闭
{
SetDoor(floor, false);
*state = DoorClosing;
return;
}
if (GetOpenDoorLight()) //假如开门按钮打开
{
SetDoor(floor, true);
SetOpenDoorLight(false);
}
}
4.5版本一和版本二关门函数部分比较分析
两个版本几乎一样
//关门函数编写
void Doorclosing(int *state)
{
int floor;
floor = GetNearestFloor(); //判定到最近楼层
CancelTo1Floor();
if (GetCloseDoorLight()) //判定关门
{
SetCloseDoorLight(false);
SetDoor(floor, false);
}
else if (GetOpenDoorLight()) //判定开门
{
SetDoor(floor, true); //开门
SetOpenDoorLight(false);
*state = DoorOpen;
return;
}
else if (IsDoorClosed(floor)) //判定门是否开了
{
*state = Idle;
// printf("进去了\n"); //用来测试
return;
}
}
4.6两种版本评定及比较分析
版本一：这个早期未完成任务，而没过于想太多，在运行调试过程中能正确实施，不过不足比较强只是针对三层电梯，对于多层就不能使用，这是一个不好编程习惯，吊死在一棵树上。以后听了老师提议我转换思绪，怎样将这个程序通用，我电梯，需要在每一次进行判定，假如层数多话，就难以无法列举，或说是难以考虑完全，和代码量也会很大。所以版本一宣告失败！！！！！
版本二：在版本一基础上改善而来，使得程序愈加通用科学，又降低了代码量，又使电梯能够正常运转，可谓高效科学！！！
它无需再每个楼层对可能发生事情进行判定，经过函数来处理！！方便快捷
5. 系统运行测试结果分析
测试一:电梯内楼层按键使用及演示（现在基于三层）

测试二:楼层外上下按键使用及演示

测试三:开关门按钮使用及演示

测试四：自动到一楼

综合测试分析

6.学习心得及改善和调试过程中心得体会
首次接触C语言程序设计大作业，以三层电梯状态机编写为题设计，对于我来说，这是并不是极难因为很早接触过状态机，对这些比较熟悉，但编一个实例但没试过，理论比较清楚，但实践不足！于是我开始达一个星期编写。经过自己琢磨，看了老师PPT，研究了一下，一步步开始从头编起，我迫切完成作业，结果只是考虑到能实现正确结果而没去多想，所以诞生了第一版本程序。以后给老师看时候老师叫我更正。说这种编程思想不好，假如换成100层那怎么办，想到这我回去好好反思了一下，决定对我程序进行修改，让她不局限于三层。好于现实接轨，这是我才了解了C语言课程设计真正用意—-将理论应用于实际，养成程序编辑好习惯。我历来不相信车到山前必有路说法，认为那只是懒惰者自寻懒惰借口，我要主动，要把握，要努力。我们要掌握利用C语言编写程序基础方法，提升C语言编程技巧，还要掌握常见C语言经典算法，培养具体分析问题、处理问题能力。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，确实，从从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在两周学习中，能够学到很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在设计过程中碰到问题，能够说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会碰到过多种多样问题，同时在设计过程中发觉了自己不足之处，对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠，比如说结构体……经过这次课程设计以后，一定把以前所学过知识重新温故。
调试时候
平时我通常采取设置断点方法，然后这次碰到了有些问题经过断点方法并不可取甚至是麻烦，造成问题得不到有效处理，经过请教老师我知道了，还能够经过打印方法来判定那里实施错误那里需要修改，是否实施了等等！！！受益匪浅，又让我学会怎样改错怎样处理复杂问题，怎么思索，不畏艰苦，即使找bug时候我内心是奔溃，然后当你找出一个又一个问题时，一股巨大成就感涌上心头，一次调试让我们积累经验，这是书本上无法学来必需实践，我想这就是老师给我们课程设计原因吧！