实现2.12.2交流电动机的按键控制、起动和正反转

1.按键控制电动机的顺序起动

在实际应用中，常常遇到电动机必需按顺序起动，否则会出现事故的情况。例如在冷库中，必需首先起动冷水泵或冷却风扇，然后才能起动压缩机。停机时，必须首先停止压缩机，才能停止冷却水泵或冷却风扇。下面介绍用单片机解决这一问题的方法。

（1）任务书：交流电动机M1和M2的起动和停止过程是第一次点按S1，电动机M1起动。只有当M1起动后，按键S2才生效，第一次点按S2，电动机M2起动。第二次点按S2，电动机M2停止，必须是M2停止后，按键S1才能生效。第二次点按S1时，电动机M1停止。

相关电路如图2-13所示。

图2-13 按键控制交流电动机的顺序起动

（2）程序示例1（这种方式比较适合初学者的思维习惯）

（3）程序示例2（用switch……case语句，可锻炼灵活编程的能力）

程序代码解释：

程序的执行过程是：18行被执行第1次（即第1次点按S1）以后→第1次执行20行，由于n初值默认为0→执行22行（即电动机1起动，电动机2仍停止。n置为1，然后退出switch语句。注：→执行29行、30行、31行、32行，若S2被点按→执行34行，由于n已被置为1→执行36行（电动机2起动，n被置为2），然后退出switch语句。 注意，从以上过程可以看出：①若没有点按S1，首先点按S2，由于n的初值为0，则34～41行不会被执行，电动机2也不会起动；②若点按S1后不点按S2，则n值为1，再点按S1，则会导致电动机1停止，n清0，还原为刚上电的要求。符合题意。

当S1点按了第一次且S2被点按了一次后，再点按S1→第2次执行20行，由于n值已被置为2，所以22～24行不会被执行，即在电动机1、电动机2都处于开启状态时，点按S1会无效→只有执行29行（即当S2点按后），由于n=2→所以执行37行，电动机2停止，n被置为3，退出switch语句→当再点按S1后（即执行18行）→由于n=3，所以执行24行，电动机1停止，n清0，退出switch语句，还原为初始状态。可见，在电动机1、电动机2都在运转的情况下，只有停止电动机2后，才能停止电动机1。

2.按键控制电动机的正反转

（1）按键控制电动机正反转硬件电路示例。实践中经常遇到要求电动机正反转的情况，控制电动机正反转的常用基本电路见表2-12。

表2-12 控制电动机正反转的基本电路

（2）常用的蜂鸣器驱动电路。常用的蜂鸣器驱动电路如图2-14所示。在图2-14a中，当BELL-IN脚得到低电平时，晶体管Q14饱和导通，蜂鸣器得电而鸣响，反之当BELL-IN脚得到高电平时，晶体管Q14截止，蜂鸣器失电，不鸣响。图2-14b中的晶体管是NPN型的，当BELL-IN得到高电平时鸣响。

图2-14 常用的蜂鸣器驱动电路

由表2-12可知，控制电动机的正反转很简单，只要编程使单片机的I/O口输出相应的高、低电平给控制端子J1、J2，电动机就能实现正/反转。

（3）任务书：利用表2-12所示的直流电动机正反转的电路，要求用一个按键K控制一个直流电动机的正反转，具体是：第一次按下，电动机正转；第二次按下，电动机停止；第三次按下，电动机反转；第四次按下，电动机停止，每按一下，蜂鸣器响一声。如此循环。(www.xing528.com)

（4）典型程序代码示例。

技巧：也可以在第7行后加入宏定义语句

于是在switch{}内的语句中就可以写为：

这样显得简洁。当端口改变后，只需改变宏定义中的端口，无需在程序中改，有利于程序的移植。

3.直流电动机的PWM调速

（1）占空比的概念

如图2-15所示，V_m为脉冲幅度，T为脉冲周期，t₁为脉冲宽度。t₁与T的比值称为占空比。脉冲电压的平均值与占空比成正比。

（2）脉冲宽度调制方式（PWM调制方式）

改变加在直流电动机脉冲电压的占空比，可以改变电压的平均值。这种调速的方法称为脉冲宽度调制方式（PWM调制方式）。

图2-15 矩形脉冲

（3）某控制微型直流电动机PWM调速的典型电路如图2-16所示。图2-16中PWM+、PWM-分别接直流电动机的正、负极，PWM-IN接单片机的I/O口。其工作原理是：当单片机的输出高电平给PWM-IN、经R19传到PNP型晶体管Q4的基极，Q4截止，从而使NPN晶体管Q5的基极也为低电平，Q5截止，直流电动机M处于无供电状态（相当于图2-16中脉冲的低电平）；反之当单片机的输出低电平给PWM-IN时，Q4导通，Q5导通，M有供电（相当于图2-15中脉冲的高电平）。

图2-16 直流电动机的PWM调速电路

（4）PWM调速典型示例。

使电机逐渐加速（设P1.0接PWMIN）：

（5）程序代码解释。程序执行第一遍时的过程是：06行——为电动机得电；07行——由于i初值为0，07行实际上不会执行，即得电无延时；08行——电动机无供电；09行——由于i初值为0，为i自加到1000的延时（即无供电的状态的延时）；10行——i自加1，使执行第二遍时电动机得电的状态保持的时间逐渐变长，无供电的状态保持的时间逐渐变短；11行——i小于1000时不会被执行，当i自加到大于等于1000时，就保持为1000这个值。

随着执行遍数的增加，第10行也执行了多遍，i的值逐渐增加，电动机得电的持续时间逐渐增加，电动机的无供电时间逐渐减小，电动机转速逐渐变快。当i自加到等于1000时，第09行的延时实际就没有执行，即电动机无供电的时间为0，电动机的转速达到最快。