SPMC65P2404A單片機在電動(dòng)跑步機中的應用

1引言
　　目前，倡導健康已經(jīng)成為人們越來(lái)越關(guān)注的焦點(diǎn)，而跑步機的出現就越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)，人們可以不用出戶(hù)就可以在家里或者健身房進(jìn)行體育鍛煉。這種方式越來(lái)越受到消費者的親賴(lài)。跑步機的蓬勃發(fā)展可以歸納為以下幾個(gè)方面的因素：
　　-隨著(zhù)人們生活水平的提高；
　　-人們越來(lái)越重視自身的身體健康；
　　-更熱衷于參加各種體育運動(dòng)，其中借助跑步機進(jìn)行的鍛煉，其運動(dòng)形式簡(jiǎn)單；
　　-適合在家庭或健身房室內進(jìn)行，鍛煉起來(lái)特別方便。
　　國外電動(dòng)跑步機制造業(yè)從上個(gè)世紀七十年代后期起步，與我國同類(lèi)產(chǎn)品相比，除款式多樣化及附加功能開(kāi)發(fā)上比較占先外，其他差距較小。例如鋼材，我國寶鋼、鞍鋼等生產(chǎn)的帶鋼的品質(zhì)均達到或超過(guò)國際標準，其配套的鋼管制作也達到國外標準，電機等電跑配件通過(guò)消化吸收，我們從材料到新款開(kāi)發(fā)均在國際先進(jìn)行列。因此，電動(dòng)跑步機不同于飛機、汽車(chē)行業(yè)，與國外先進(jìn)水平幾乎沒(méi)有多大差距。由此，國際著(zhù)名電跑生產(chǎn)企業(yè)日益關(guān)注，已經(jīng)開(kāi)始讓我國企業(yè)為其進(jìn)行貼牌產(chǎn)品生產(chǎn)。
　　雖然發(fā)展勢頭不錯，但是國產(chǎn)電跑在國內外市場(chǎng)上的境遇還是有差別。而國產(chǎn)電動(dòng)跑步機在國際市場(chǎng)上競爭力不強的主要原因，則是缺乏名牌產(chǎn)品效應。而與國外企業(yè)相比起步較晚、一些小企業(yè)假冒偽劣產(chǎn)品生產(chǎn)對市場(chǎng)的沖擊等原因，也削弱了國產(chǎn)電動(dòng)跑步機的市場(chǎng)競爭力。
　　目前，國際著(zhù)名品牌愛(ài)康、力健、必確、太空、賽百斯等紛紛涉足中國市場(chǎng)，有的斥巨資投資建廠(chǎng)，并以較高的品牌知名度向國內企業(yè)施壓，在此情況下，盡快促進(jìn)電動(dòng)跑步機名牌產(chǎn)品的崛起，不失為政府對電動(dòng)跑步機民族工業(yè)的一個(gè)有力推動(dòng)，也是推動(dòng)民族品牌和國產(chǎn)產(chǎn)品提高國際市場(chǎng)競爭力的一大捷徑。在電動(dòng)跑步機國際市場(chǎng)競爭白熱化的情況下，國產(chǎn)產(chǎn)品能否取勝，與名牌戰略能否及時(shí)有效推進(jìn)關(guān)系密切。
2跑步機的背景
　　1996年之前,電動(dòng)跑步機都是國外產(chǎn)品，進(jìn)入家庭的大都是由自行車(chē)廠(chǎng)改制的生產(chǎn)廠(chǎng)制造的機械跑步機,國人對價(jià)格幾萬(wàn)乃至十幾萬(wàn)元的進(jìn)口電動(dòng)跑步機望而生畏。
　　1993年以后，隨著(zhù)國際產(chǎn)業(yè)結構的調整，韓國企業(yè)向我國轉移，首先是山東祥和集團公司利用該地區電機、控制電源生產(chǎn)的優(yōu)勢，于1994年組建了專(zhuān)廠(chǎng)，通過(guò)充實(shí)機加工能力，結合國內外信息，祥和集團于1995年生產(chǎn)出了全部為自制部件的家用電動(dòng)跑步機，并于次年的南昌體博會(huì )上參展。被譽(yù)為第一個(gè)民族品牌的匯祥電動(dòng)跑步機，當年產(chǎn)量達到七千臺，銷(xiāo)量達到五千臺，開(kāi)了生產(chǎn)國產(chǎn)電動(dòng)跑步機的先河。通過(guò)不停的技術(shù)改造，到2004年達到了年產(chǎn)十萬(wàn)臺的生產(chǎn)能力，同年銷(xiāo)售跑步機4.8萬(wàn)臺，產(chǎn)值9360萬(wàn)元，銷(xiāo)售收入7200萬(wàn)元，同時(shí)完成了ISO9001及歐盟CE認證，并被評為山東名牌產(chǎn)品。
　　匯祥電動(dòng)跑步機為擴大生產(chǎn)規模，合理利用生產(chǎn)資源，先后為一些國產(chǎn)企業(yè)貼牌生產(chǎn)，極大地提高了電動(dòng)跑步機的國產(chǎn)占有率，也為眾多企業(yè)提供了發(fā)展樣品，帶動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。
目前，生產(chǎn)電動(dòng)跑步機的企業(yè)集中在長(cháng)江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區，總數約為50余家，其中具備規模的約為15家，而合資、獨資企業(yè)約占50%。
　　隨著(zhù)國內恩格爾系數的不斷降低，人們由衣食住行向提高生活質(zhì)量發(fā)展，電動(dòng)跑步機將是國人健身的優(yōu)選器材，因為，從國外的經(jīng)驗看，在電動(dòng)跑步機上進(jìn)行平衡鍛煉已經(jīng)成為時(shí)尚。從國民經(jīng)濟分類(lèi)看，體育消費屬第三產(chǎn)業(yè)，近年增速連續超過(guò)10%，而且速度逐年加快。體育健身的消費拉動(dòng)國民經(jīng)濟增長(cháng)的份額必然會(huì )繼續增加。這種健身消費涵蓋較廣，既有居民消費又有公共消費（如健身俱樂(lè )部等），它的消費增速超過(guò)20%，其中，電動(dòng)跑步機超過(guò)40%，具有較強的發(fā)展勢頭。
　　跑步機是家庭及健身房常備的器材，是當今家庭健身器村中最簡(jiǎn)單的一種，是家庭的最佳選擇。美國1993年跑步機的批發(fā)銷(xiāo)售額達4.6億美元較1992年增加了15%。專(zhuān)家們相信未來(lái)跑步機市場(chǎng)將以高價(jià)位產(chǎn)品為主導。低價(jià)位產(chǎn)品銷(xiāo)售也不錯，近幾年價(jià)格已明上升趨勢。注重生活時(shí)尚的消費者認為跑步機價(jià)格在1000美元以上是理所當然的事。這些跡象表明，未來(lái)跑步機仍會(huì )持續增長(cháng)。
　　◆跑步機的分類(lèi)
　　(1)電動(dòng)跑步機。電動(dòng)跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，它通過(guò)電機帶動(dòng)跑帶使人以不同的速度被動(dòng)地跑步或走動(dòng)。由于被動(dòng)地形成跑和走，從動(dòng)作外形上看， 幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動(dòng)跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個(gè)蹬伸動(dòng)作。正是這一點(diǎn)使每一個(gè)在電動(dòng)步機上走跑的人感到十分輕松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑為多。另外，由于電動(dòng)跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗不同的跑步環(huán)境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，您可根據您的鍛煉目的進(jìn)行選擇。
　　(2)單功能跑步機。單功能跑步機從結構上分為兩類(lèi)，一類(lèi)是滾輪式跑步機，一類(lèi)是平板式跑步機。滾輪式跑步機工作時(shí)噪音很大，已被淘汰。平板式跑步機是由人主動(dòng)在上面運動(dòng)，所以使人感到與普通跑步一樣。它的電子表可幫助訓練者記錄下時(shí)速、時(shí)間、心率、熱量、節拍、距離等指標。使您隨時(shí)了解自己的訓練情況，進(jìn)行有目的的調整。
　　(3)多功能跑步機。一臺多功能跑步機是由跑步機、劃船器、臥式健身車(chē)、放松機、腰旋器等功能器材組合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜愛(ài)。它的鍛煉方法同普通跑步機一樣，但從健身器所應具備的使用舒服、方便，技術(shù)動(dòng)作準確合理上看，多功能跑步機有一定缺陷。
　　(4)新型跑步機?，F在實(shí)力雄厚的諾迪克徑賽器材公司又推出了一種Nordic Sport新型跑步機。與普通跑步機相比，此種跑步機具有如下特點(diǎn)：
　　1．消耗提高79%。該機在鍛煉時(shí)可使人體每小時(shí)消耗熱量852~1000卡；與普通跑步機相比效率可提高50%~79%，減肥效果極佳；
　　2．人體需氧量可提高53%。以此進(jìn)行訓練，可在最短時(shí)間內獲得最大的有氧訓練的效果，能夠明顯提高心血管機能水平、心肺輸出量及氧化酶活性等。使練習者在達到同樣鍛煉效果的前提下，節省大量時(shí)間；
　　3．65%的肌肉得到鍛煉。人體肌肉在臀部以上。普通跑步機往往忽視了對人體手部肌肉的鍛煉，而這種帶有手臂鍛煉器的跑步機則彌補了此項不足，可使人獲得全身的鍛煉效果。并且此種帶有手臂鍛煉的設計在跑步機設計上已獲得專(zhuān)利。手臂鍛煉器使用時(shí)非常方便，只須兩只手臂像抽水機一樣上下往復擺便可以了。
3跑步機市場(chǎng)分析
　　目前，生產(chǎn)電動(dòng)跑步機的企業(yè)集中在長(cháng)江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區，總數約為50余家，其中具備規模的約為15家，而合資、獨資企業(yè)約占50%。從電動(dòng)跑步機的行業(yè)集中度看，眼下3家企業(yè)的發(fā)展勢頭比較突出，一是美國獨資的"喬山"公司；二是臺商合資的凱利斯（寧波）公司；三是山東祥和集團。這3家企業(yè)具備了研發(fā)、編程設計、電機、電源、控制器、機加工全部自我制作的能力，在業(yè)內很有影響力。
　　我國健身器材產(chǎn)業(yè)從20世紀70年代開(kāi)始起步，當時(shí)只有為數不多的工廠(chǎng)生產(chǎn)杠鈴、啞鈴、拉力器等小型健身器材，產(chǎn)品的種類(lèi)和數量都很少，行業(yè)整體規模小。在這個(gè)階段，跑步機的概念尚未進(jìn)入中國。從20世紀80年代末開(kāi)始，全國各地出現了一大批健身器材生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品的種類(lèi)和數量大大增加。我國自己生產(chǎn)的非電動(dòng)跑步機開(kāi)始出現。1986年，山西長(cháng)治澳瑞特健身器械廠(chǎng)（山西長(cháng)治澳瑞特健康產(chǎn)業(yè)（集團）有限公司的前身）開(kāi)始生產(chǎn)非電動(dòng)跑步機。20世紀90年代后期，隨著(zhù)人們生活水平的提高，大家對健身器材有了更高的要求，發(fā)達國家的電動(dòng)跑步機開(kāi)始大量進(jìn)入我國。1997年，我國企業(yè)自己研發(fā)的電動(dòng)跑步機也開(kāi)始走向市場(chǎng)。
據統計，我國現有171家企業(yè)具有生產(chǎn)跑步機的能力。在山東、廣東、福建、江蘇、浙江、北京及河北等地，已初步形成跑步機制造業(yè)生產(chǎn)基地。特別是近幾年，國產(chǎn)跑步機每年都以超過(guò)25%的速度在增長(cháng)。
　　根據世界體育用品聯(lián)合會(huì )發(fā)布的數據顯示，目前國際市場(chǎng)上65%以上的體育用品為"中國制造"，其中，健身器械約占40-50%。中國制造的比例不小，但以民族品牌獨立出現的體育用品卻鳳毛麟角。國內500多家健身器材生產(chǎn)企業(yè)里，大部分以出口為主，賺取的是加工費和為國外企業(yè)貼牌生產(chǎn)費用。吳江地區跑步機出口企業(yè)也是貼牌生產(chǎn)，沒(méi)有自己的品牌。在未來(lái)全球經(jīng)濟一體化的進(jìn)程中，國產(chǎn)品牌走出國門(mén)已成為我國體育用品業(yè)健康持續發(fā)展的必由之路。
　　盡管產(chǎn)量上去了，但是國產(chǎn)跑步機的價(jià)格卻和外國生產(chǎn)的跑步機差了好幾個(gè)檔次。其實(shí)，外國生產(chǎn)的跑步機除了在款式多樣化及附加功能開(kāi)發(fā)上具有比較優(yōu)勢之外，在技術(shù)和材料上并不比國產(chǎn)跑步機先進(jìn)。應該說(shuō)，國產(chǎn)跑步機從材料到新款開(kāi)發(fā)，已經(jīng)跟上了世界的腳步。中國文教體育用品協(xié)會(huì )也表示，國產(chǎn)跑步機在技術(shù)和材料等"硬件"上基本達到了國際水平。一個(gè)最直觀(guān)的例子是，國際上一些著(zhù)名的跑步機生產(chǎn)企業(yè)紛紛選擇中國企業(yè)為其進(jìn)行貼牌生產(chǎn)。因此，品牌的影響力才是國產(chǎn)跑步機與國外競爭對手最大的差距。
根據中國文教體育用品協(xié)會(huì )的統計數據，盡管全國有100多家企業(yè)在生產(chǎn)跑步機，但是目前國產(chǎn)跑步機80%的市場(chǎng)已經(jīng)為青島英派斯集團有限公司、山西長(cháng)治澳瑞特健康產(chǎn)業(yè)（集團）有限公司等七八家企業(yè)所瓜分。 因此，國產(chǎn)跑步機向品牌沖刺的第一步，就是要在行業(yè)內進(jìn)行新一輪的資源整合，組建幾個(gè)更有規模和競爭力的大企業(yè)，從而為品牌塑造打好基礎。跑步機已列入今年中國名牌產(chǎn)品的評價(jià)目錄，這必將加速行業(yè)內領(lǐng)軍品牌的出現。
隨著(zhù)2008年奧運會(huì )的臨近，中國體育用品產(chǎn)業(yè)必將迎來(lái)一輪新的增長(cháng)。如果能抓住這個(gè)難得的機遇，國產(chǎn)跑步機行業(yè)將大步跑向品牌時(shí)代。
4總體方案介紹
利用凌陽(yáng)8位工業(yè)級單片機SPMC65P2404A設計的電動(dòng)跑步機控制器原理框圖如圖4-1所示，整個(gè)系統可以分為按鍵、顯示、電機驅動(dòng)和信號檢測。

圖4-1 跑步機系統框圖
　　◆按鍵部分
　　按鍵部分完成一些參數的設定、開(kāi)始/暫停、緊急停止按鈕、對速度的調整功能
　　◆電機部分
　　主要是用全橋驅動(dòng)有刷直流電機，并通過(guò)檢測電機的霍爾信號來(lái)獲得電機的一些參數，從而來(lái)更好的控制電機的轉動(dòng)，并且提供相應的限流和過(guò)載沖擊保護。
5芯片特性簡(jiǎn)介
　　SPMC65P2404A是凌陽(yáng)公司的8位工控單片機，最高工作頻率為8MHz，工作電壓3V~5.5V，有192字節的RAM和4K字節的OTP ROM，有23個(gè)可編程IO口，8通道10位A/D轉換器，2通道8位定時(shí)/計數器，2通道16位定時(shí)/計數器，1個(gè)12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門(mén)狗、外部信號、錯誤地址復位，并且有一個(gè)蜂鳴器輸出口……。利用這些資源，能夠實(shí)現跑步機控制器的功能。
　　具體特性包括：
　　◆凌陽(yáng)科技8位單片機；
　　☉182條指令
　　☉11種尋址模式
　　☉最高工作頻率為8MHz
　　☉支持位操作（Set,Clear,Inverse,Test）
　　◆2個(gè)8位可編程定時(shí)器/計數器(可自動(dòng)預置初始計數值)
　　☉普通的定時(shí)/計數器
　　☉具有8位捕獲功能
　　☉具有8位比較功能
　　◆2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計數器
　　☉普通的定時(shí)/計數器
　　☉具有8或16位捕獲功能
　　☉具有16位比較功能
　　☉12位PWM輸出
　　◆中斷方式
　　☉支持IRQ和NMI中斷
　　☉4種外部中斷
　　☉11種內部中斷
　　◆工作電壓：2.5V~5V；
　　◆8通道10位模數轉換（100KHz）
　　◆內置4K Byte的OTP ROM；
　　◆內置192K Byte的RAM；
　　◆23個(gè)可編程輸入/輸出口
　　◆5種復位功能
　　◆時(shí)鐘選擇：晶體振蕩器、RC振蕩、外部信號
　　◆電源模式：Halt模式和Stop模式
　　◆低電壓復位(LVR)功能和低電壓監測(LVD)功能；
　　◆一個(gè)蜂鳴器輸出口
　　◆可進(jìn)行SPI通信
　　◆內置在線(xiàn)仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。