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以下是针对 AI8051U擎天柱开发板 实现的完整C语言程序，整合了 自锁、互锁、正反转控制、星三角启动、定时启停 功能。代码结构清晰，注释详细，便于理解和移植。
一、硬件连接说明（基于AI8051U典型配置）
| MCU引脚 | 功能定义 | 外部设备/用途 |
|-------------|----------------------------|----------------------------------------|
| P1.0 | `START_BTN` | 启动按钮（自锁触发） |
| P1.1 | `STOP_BTN` | 停止按钮（解除自锁） |
| P1.2 | `FORWARD_REQ` | 正转请求输入 |
| P1.3 | `REVERSE_REQ` | 反转请求输入 |
| P2.0 | `KM1_CTRL` | 主接触器KM1控制（电源总开关） |
| P2.1 | `KM2_CTRL` | 正转接触器KM2控制 |
| P2.2 | `KM3_CTRL` | 反转接触器KM3控制 |
| P2.3 | `INDICATOR` | LED指示灯（运行状态显示） |
| P3.4(T0) | `TIMER_INTERRUPT` | 定时器0中断入口（用于定时启停逻辑） |
| P3.5(INT1) | `EMERGENCY_STOP` | 外部中断1（急停信号） |
实际接线时需注意：
所有输出端口建议通过反相驱动器（如ULN2003）连接继电器线圈，以增强驱动能力和保护单片机。
输入按键应加入上拉电阻避免悬空抖动。
二、程序设计思路
核心变量与状态机
```c
typedef enum {
IDLE, // 空闲状态
STARC_MODE, // 星形启动模式
DELTA_MODE, // 三角形运行模式
TIMER_RUNNING, // 定时运行中
STOPPED // 已停止
} MotorState;
volatile MotorState currentState = IDLE; // 当前电机状态（可被中断修改）
bit selfLockEnabled = 0; // 自锁使能标志位
bit forwardActive = 0; // 正转激活标志
bit reverseActive = 0; // 反转激活标志
unsigned int timerCount = 0; // 定时计数器用于延时控制
```
主循环流程
1. 扫描输入信号：检测启动/停止按钮、正反转请求。
2. 处理自锁逻辑：一旦启动后保持运行直至主动停止。
3. 执行互锁机制：确保正转和反转不会同时有效。
4. 状态迁移管理：按顺序切换星形→三角形模式。
5. 定时启停控制：通过定时器实现周期性通断。
6. 更新输出端口：根据当前状态驱动继电器和指示灯。
三、完整C代码实现
```c
#include <reg51.h> // 必须包含此头文件以访问特殊寄存器
#include "delay.h" // 自定义精确延时函数库（需自行实现）
// =================================================================
// 全局变量声明区域
// =================================================================
volatile MotorState currentState = IDLE; // 当前电机状态（可被中断修改）
bit selfLockEnabled = 0; // 自锁使能标志位
bit forwardRequested = 0; // 正转请求标志位
bit reverseRequested = 0; // 反转请求标志位
unsigned int transitionDelay = 0; // 星三角切换延时计数器
unsigned char timerSeconds = 0; // 定时秒表计数器
// =================================================================
// 函数原型声明
// =================================================================
void initSystem(void); // 系统初始化函数
void updateOutputs(void); // 根据状态更新输出端口电平
void timerISR(void) interrupt 1; // T0中断服务例程（定时作用）
void emergencyStop(void); // 紧急停止处理函数
void checkButtons(void); // 按键扫描与消抖处理
void starDeltaSequenceControl(void); // 星三角启动序列控制逻辑
// =================================================================
// 主程序入口点
// =================================================================
void main() {
initSystem(); // 执行硬件初始化序列
while(1) { // 无限主循环不断轮询状态变化
checkButtons(); // A. 检测按键输入状态
starDeltaSequenceControl(); // B. 处理星三角启动逻辑
updateOutputs(); // C. 根据最新状态刷新IO口输出
}
}
// =================================================================
// 系统初始化子程序 - 建立运行环境
// =================================================================
void initSystem(void) {
TMOD |= 0x01; // 设置定时器0为模式1（16位自动重装初值）
TH0 = 0xFC18; // 装入预分频系数得到近似1ms基准时钟周期
ET0 = 1; // 使能定时中断允许标志位
EA = 1; // 全局中断总闸门打开
IT1 = 1; // 设置外部中断1为下降沿触发方式（急停按钮）
EX1 = 1; // 开放外部中断使能控制位
// 默认将所有输出置低电平防止误动作
P2 &= ~0xF7; // 清除相关位确保初始安全状态：KM1/KM2/KM3/LED均关闭
}
// =================================================================
// 定时器溢出中断处理函数 - 每秒触发一次用于计时管理
// =================================================================
void timerISR(void) interrupt 1 {
TH0 = 0xFC18; // 重新加载定时初值保证周期准确性
static unsigned char secFlag = 0; // 静态局部变量保存秒级标记
if(++secFlag >= 60) { // 每满60次即为一秒间隔
secFlag = 0; // 重置计数器准备下一轮计时
timerSeconds++; // 全局秒表递增
// 根据当前模式执行不同策略：
switch(currentState) {
case STARC_MODE: // 星形启动阶段持续5秒后转入三角形模式
if(timerSeconds >= 5) { // 达到预设时间阈值？
currentState = DELTA_MODE;// 切换到正常运行模式
timerSeconds = 0; // 清零计时器以便下次使用
}
break;
case TIMER_RUNNING: // 定时运行模式下的控制逻辑
if(timerSeconds >= 10) { // 假设设定运行时间为10秒
currentState = STOPPED; // 时间到则自动停机
timerSeconds = 0; // 重置计数器
}
break;
}
}
}
// =================================================================
// 外部中断服务程序 - 响应急停按钮按下事件（最高优先级）
// =================================================================
void emergencyStop(void) interrupt 2 {
currentState = STOPPED; // 立即跳转至安全停车状态
selfLockEnabled = 0; // 解除自锁功能
forwardRequested = 0; // 清除所有未完成的操作请求标记
reverseRequested = 0; // 确保彻底切断动力源供给
P2 &= ~0xF7; // 强制所有输出归零确保安全停机
}
// =================================================================
// 按键扫描与消抖处理任务模块
// =================================================================
void checkButtons(void) {
static bit lastStartState = 1; // 上次检测到的启动键状态记忆单元
static bit lastStopState = 1; // 上次检测到的停止键状态记忆单元
// ------------------- 处理自锁启动逻辑 -----------------------
if((P1 & 0x01) == 0 && lastStartState != 0) { // 发现新的有效前沿跳变（启动按钮按下）
selfLockEnabled = 1; // 激活自锁机制
currentState = STARC_MODE; // 进入星形启动模式
lastStartState = 0; // 更新历史状态以便下次判断变化沿
} else {
lastStartState = (P1 & 0x01) ? 1 : 0; // 同步更新当前物理按键的实际电平状态快照
}
// ------------------- 处理停止信号 -----------------------
if((P1 & 0x02) == 0 && lastStopState != 0) { // 停止按钮被按下？
selfLockEnabled = 0; // 关闭自锁功能允许自由切换状态
currentState = STOPPED; // 强制进入停机状态
lastStopState = 0; // 更新状态缓存内容
} else {
lastStopState = (P1 & 0x02) ? 1 : 0; // 维护最新的停止键抽样结果缓冲区副本
}
// ------------------- 处理正反转请求 -----------------------
if((P1 & 0x04) == 0) { // 正转按钮按下？
forwardRequested = 1; // 设置正向运转请求标识符
reverseRequested = 0; // 同时取消反向请求（实现互锁）
} else {
forwardRequested = 0; // 松开正转按钮后重置请求标志
}
if((P1 & 0x08) == 0) { // 反转按钮按下？
reverseRequested = 1; // 设置反向运转请求标识符
forwardRequested = 0; // 同时取消正向请求（实现互锁）
} else {
reverseRequested = 0; // 松开反转按钮后重置请求标志
}
}
// =================================================================
// 根据当前状态更新所有输出端口电平的逻辑单元
// =================================================================
void updateOutputs(void) {
switch(currentState) {
case IDLE: // 空闲状态不执行任何操作
P2 &= ~0xF7; // 确保所有继电器断开且指示灯熄灭
break;
case STARC_MODE: // 星形启动阶段只闭合主接触器KM1
P2 |= 0x01; // KM1=ON (P2.0置高电平)
P2 &= ~(0x06); // KM2/KM3保持OFF状态 (P2.1和P2.2清零)
P2 |= 0x08; // 点亮运行指示灯 (P2.3置高电平)
break;
case DELTA_MODE: // 三角形运行阶段根据方向选择对应接触器组合
if(forwardRequested) { // 如果存在正向旋转需求...
P2 |= (0x01 | 0x02); // 同时闭合KM1+KM2形成顺时针磁场回路
P2 &= ~0x04; // 确保KM3处于断开状态避免短路风险
} else if(reverseRequested) { // 否则检查是否要逆向运转...
P2 |= (0x01 | 0x04); // 同时闭合KM1+KM3产生逆序电流路径
P2 &= ~0x02; // 确保KM2处于断开状态保证安全互锁
} else { // 无明确方向指令时默认维持星接法等待进一步指示...
P2 |= 0x01; // 至少保持主回路导通防止突然断电造成冲击电流过大问题发生！
}
P2 |= 0x08; // 保持运行指示灯常亮提示正常工作状态持续中...
break;
case TIMER_RUNNING: // 定时运行模式继承自当前选定的工作模式（星形或三角形）并叠加计时功能...
// 此部分逻辑已在定时中断中处理，此处无需额外操作...
break;
case STOPPED: // 安全停机状态下的所有输出都应该被禁止！
P2 &= ~0xF7; // 彻底切断所有可能带电的部分确保维护人员人身安全！
break;
}
}
// =================================================================
// 星三角启动序列控制核心算法实现处...
// =================================================================
void starDeltaSequenceControl(void) {
static bit firstTransitionDone = 0; // 标记是否已完成首次切换动作以避免重复执行过渡过程...
if(currentState == STARC_MODE && !firstTransitionDone) { // 如果仍处于星形启动初期且尚未进行过切换...
delaySec(5); // 保持星接法运行5秒钟让电机逐渐加速上来...
currentState = DELTA_MODE; // 然后切换到三角形接法进入稳定运行阶段...
firstTransitionDone = 1; // 设置完成标记防止后续重复执行该逻辑块...
} else {
firstTransitionDone = 0; // 当系统复位或者重新开始新一轮启动过程时需要重置这个标志位...
}
}
```
四、关键机制详解
1. 自锁实现原理**
触发条件：按下`START_BTN`（P1.0）后设置`selfLockEnabled=1`。
维持机制：在`checkButtons()`中检测到启动按钮释放后仍保持`selfLockEnabled`有效，直到按下`STOP_BTN`（P1.1）才清除该标志。
作用范围：影响整个系统的运行状态，使得一旦启动就会持续运行直至显式停止。
2. 互锁设计要点
资源竞争规避：通过`forwardRequested`和`reverseRequested`互斥设置，确保同一时间只有一个方向有效。例如，当`forwardRequested=1`时自动清零`reverseRequested`反之亦然。
硬件保障：在`updateOutputs()`中进一步验证互锁条件，即使软件异常也能防止同时导通两个接触器造成短路。
3. 星三角启动流程
1. 第一阶段（STARC_MODE）：仅闭合KM1，电机以星形接法低压启动。持续5秒后自动切换至下一阶段。
2. 第二阶段（DELTA_MODE）：根据方向请求闭合相应的接触器组合（KM1+KM2或KM1+KM3），转为三角形接法全压运行。
3. 状态迁移：由定时器中断触发的状态切换确保平滑过渡。
4. 定时启停控制
定时精度：利用定时器T0产生1ms基准时钟，结合软件计数实现秒级计时。当`timerSeconds`达到预设值（如10秒），自动将状态切换为`STOPPED`。
灵活性：可通过修改`timerSeconds`的判断阈值调整定时时长。
5. 紧急停止机制
最高优先级：外部中断1（P3.5）直接映射到`emergencyStop()`函数，无条件强制所有输出归零并进入安全状态。
可靠性设计：即使在主循环阻塞的情况下也能响应急停信号，最大限度降低事故风险。
五、调试与验证建议
| 测试项 | 操作方法 | 预期结果 |
|----------------|---------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------|
| 自锁功能 | 短按启动按钮后松开，观察系统是否持续运行 | LED指示灯常亮，电机保持运转 |
| 互锁验证 | 同时按下正转和反转按钮，检查是否只有一个方向生效 | 只有先按下的那个方向有效，另一个被忽略 |
| 星三角切换 | 用示波器监测KM2/KM3的动作时序 | KM1先吸合→5秒后KM2/KM3之一吸合 |
| 定时启停 | 设置定时时间为10秒，观察电机运行持续时间 | 正好运行10秒后自动停止 |
| 急停响应 | 在任意时刻按下急停按钮 | 所有输出立即关闭，系统进入安全状态 |
六、扩展建议
1. 增加串口通信：添加RS232/RS485接口实现远程监控与参数设置。
2. 故障诊断功能：记录最后一次错误代码并可通过特定命令读取。
3. PWM调速支持：引入占空比可调的脉宽调制信号实现无极变速控制。
4. LCD显示模块：实时显示当前状态、转速、电流等参数供调试使用。
5. 过流保护电路：通过电流传感器检测电机工作电流，超过阈值时自动跳闸。 |
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