SPMC65P2404A單片機(jī)在電動(dòng)跑步機(jī)中的應(yīng)用

1引言
　　目前，倡導(dǎo)健康已經(jīng)成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的焦點(diǎn)，而跑步機(jī)的出現(xiàn)就越來越受到人們的喜愛，人們可以不用出戶就可以在家里或者健身房進(jìn)行體育鍛煉。這種方式越來越受到消費(fèi)者的親賴。跑步機(jī)的蓬勃發(fā)展可以歸納為以下幾個(gè)方面的因素：
　　-隨著人們生活水平的提高；
　　-人們?cè)絹碓街匾曌陨淼纳眢w健康；
　　-更熱衷于參加各種體育運(yùn)動(dòng)，其中借助跑步機(jī)進(jìn)行的鍛煉，其運(yùn)動(dòng)形式簡單；
　　-適合在家庭或健身房室內(nèi)進(jìn)行，鍛煉起來特別方便。
　　國外電動(dòng)跑步機(jī)制造業(yè)從上個(gè)世紀(jì)七十年代后期起步，與我國同類產(chǎn)品相比，除款式多樣化及附加功能開發(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(dá)到或超過國際標(biāo)準(zhǔn)，其配套的鋼管制作也達(dá)到國外標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)等電跑配件通過消化吸收，我們從材料到新款開發(fā)均在國際先進(jìn)行列。因此，電動(dòng)跑步機(jī)不同于飛機(jī)、汽車行業(yè)，與國外先進(jìn)水平幾乎沒有多大差距。由此，國際著名電跑生產(chǎn)企業(yè)日益關(guān)注，已經(jīng)開始讓我國企業(yè)為其進(jìn)行貼牌產(chǎn)品生產(chǎn)。
　　雖然發(fā)展勢頭不錯(cuò)，但是國產(chǎn)電跑在國內(nèi)外市場上的境遇還是有差別。而國產(chǎn)電動(dòng)跑步機(jī)在國際市場上競爭力不強(qiáng)的主要原因，則是缺乏名牌產(chǎn)品效應(yīng)。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(duì)市場的沖擊等原因，也削弱了國產(chǎn)電動(dòng)跑步機(jī)的市場競爭力。
　　目前，國際著名品牌愛康、力健、必確、太空、賽百斯等紛紛涉足中國市場，有的斥巨資投資建廠，并以較高的品牌知名度向國內(nèi)企業(yè)施壓，在此情況下，盡快促進(jìn)電動(dòng)跑步機(jī)名牌產(chǎn)品的崛起，不失為政府對(duì)電動(dòng)跑步機(jī)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)品提高國際市場競爭力的一大捷徑。在電動(dòng)跑步機(jī)國際市場競爭白熱化的情況下，國產(chǎn)產(chǎn)品能否取勝，與名牌戰(zhàn)略能否及時(shí)有效推進(jìn)關(guān)系密切。
2跑步機(jī)的背景
　　1996年之前,電動(dòng)跑步機(jī)都是國外產(chǎn)品，進(jìn)入家庭的大都是由自行車廠改制的生產(chǎn)廠制造的機(jī)械跑步機(jī),國人對(duì)價(jià)格幾萬乃至十幾萬元的進(jìn)口電動(dòng)跑步機(jī)望而生畏。
　　1993年以后，隨著國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，韓國企業(yè)向我國轉(zhuǎn)移，首先是山東祥和集團(tuán)公司利用該地區(qū)電機(jī)、控制電源生產(chǎn)的優(yōu)勢，于1994年組建了專廠，通過充實(shí)機(jī)加工能力，結(jié)合國內(nèi)外信息，祥和集團(tuán)于1995年生產(chǎn)出了全部為自制部件的家用電動(dòng)跑步機(jī)，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(jī)，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到七千臺(tái)，銷量達(dá)到五千臺(tái)，開了生產(chǎn)國產(chǎn)電動(dòng)跑步機(jī)的先河。通過不停的技術(shù)改造，到2004年達(dá)到了年產(chǎn)十萬臺(tái)的生產(chǎn)能力，同年銷售跑步機(jī)4.8萬臺(tái)，產(chǎn)值9360萬元，銷售收入7200萬元，同時(shí)完成了ISO9001及歐盟CE認(rèn)證，并被評(píng)為山東名牌產(chǎn)品。
　　匯祥電動(dòng)跑步機(jī)為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)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(jī)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(jī)的企業(yè)集中在長江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區(qū)，總數(shù)約為50余家，其中具備規(guī)模的約為15家，而合資、獨(dú)資企業(yè)約占50%。
　　隨著國內(nèi)恩格爾系數(shù)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(jī)將是國人健身的優(yōu)選器材，因?yàn)?，從國外的?jīng)驗(yàn)看，在電動(dòng)跑步機(jī)上進(jìn)行平衡鍛煉已經(jīng)成為時(shí)尚。從國民經(jīng)濟(jì)分類看，體育消費(fèi)屬第三產(chǎn)業(yè)，近年增速連續(xù)超過10%，而且速度逐年加快。體育健身的消費(fèi)拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的份額必然會(huì)繼續(xù)增加。這種健身消費(fèi)涵蓋較廣，既有居民消費(fèi)又有公共消費(fèi)（如健身俱樂部等），它的消費(fèi)增速超過20%，其中，電動(dòng)跑步機(jī)超過40%，具有較強(qiáng)的發(fā)展勢頭。
　　跑步機(jī)是家庭及健身房常備的器材，是當(dāng)今家庭健身器村中最簡單的一種，是家庭的最佳選擇。美國1993年跑步機(jī)的批發(fā)銷售額達(dá)4.6億美元較1992年增加了15%。專家們相信未來跑步機(jī)市場將以高價(jià)位產(chǎn)品為主導(dǎo)。低價(jià)位產(chǎn)品銷售也不錯(cuò)，近幾年價(jià)格已明上升趨勢。注重生活時(shí)尚的消費(fèi)者認(rèn)為跑步機(jī)價(jià)格在1000美元以上是理所當(dāng)然的事。這些跡象表明，未來跑步機(jī)仍會(huì)持續(xù)增長。
　　◆跑步機(jī)的分類
　　(1)電動(dòng)跑步機(jī)。電動(dòng)跑步機(jī)是健身房及家庭較高檔的器材，它通過電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗(yàn)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(jù)您的鍛煉目的進(jìn)行選擇。
　　(2)單功能跑步機(jī)。單功能跑步機(jī)從結(jié)構(gòu)上分為兩類，一類是滾輪式跑步機(jī)，一類是平板式跑步機(jī)。滾輪式跑步機(jī)工作時(shí)噪音很大，已被淘汰。平板式跑步機(jī)是由人主動(dòng)在上面運(yùn)動(dòng)，所以使人感到與普通跑步一樣。它的電子表可幫助訓(xùn)練者記錄下時(shí)速、時(shí)間、心率、熱量、節(jié)拍、距離等指標(biāo)。使您隨時(shí)了解自己的訓(xùn)練情況，進(jìn)行有目的的調(diào)整。
　　(3)多功能跑步機(jī)。一臺(tái)多功能跑步機(jī)是由跑步機(jī)、劃船器、臥式健身車、放松機(jī)、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。它的鍛煉方法同普通跑步機(jī)一樣，但從健身器所應(yīng)具備的使用舒服、方便，技術(shù)動(dòng)作準(zhǔn)確合理上看，多功能跑步機(jī)有一定缺陷。
　　(4)新型跑步機(jī)。現(xiàn)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(jī)。與普通跑步機(jī)相比，此種跑步機(jī)具有如下特點(diǎn)：
　　1．消耗提高79%。該機(jī)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(jī)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(xùn)練，可在最短時(shí)間內(nèi)獲得最大的有氧訓(xùn)練的效果，能夠明顯提高心血管機(jī)能水平、心肺輸出量及氧化酶活性等。使練習(xí)者在達(dá)到同樣鍛煉效果的前提下，節(jié)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(jī)往往忽視了對(duì)人體手部肌肉的鍛煉，而這種帶有手臂鍛煉器的跑步機(jī)則彌補(bǔ)了此項(xiàng)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(shè)計(jì)在跑步機(jī)設(shè)計(jì)上已獲得專利。手臂鍛煉器使用時(shí)非常方便，只須兩只手臂像抽水機(jī)一樣上下往復(fù)擺便可以了。
3跑步機(jī)市場分析
　　目前，生產(chǎn)電動(dòng)跑步機(jī)的企業(yè)集中在長江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區(qū)，總數(shù)約為50余家，其中具備規(guī)模的約為15家，而合資、獨(dú)資企業(yè)約占50%。從電動(dòng)跑步機(jī)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(dú)資的"喬山"公司；二是臺(tái)商合資的凱利斯（寧波）公司；三是山東祥和集團(tuán)。這3家企業(yè)具備了研發(fā)、編程設(shè)計(jì)、電機(jī)、電源、控制器、機(jī)加工全部自我制作的能力，在業(yè)內(nèi)很有影響力。
　　我國健身器材產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)70年代開始起步，當(dāng)時(shí)只有為數(shù)不多的工廠生產(chǎn)杠鈴、啞鈴、拉力器等小型健身器材，產(chǎn)品的種類和數(shù)量都很少，行業(yè)整體規(guī)模小。在這個(gè)階段，跑步機(jī)的概念尚未進(jìn)入中國。從20世紀(jì)80年代末開始，全國各地出現(xiàn)了一大批健身器材生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品的種類和數(shù)量大大增加。我國自己生產(chǎn)的非電動(dòng)跑步機(jī)開始出現(xiàn)。1986年，山西長治澳瑞特健身器械廠（山西長治澳瑞特健康產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司的前身）開始生產(chǎn)非電動(dòng)跑步機(jī)。20世紀(jì)90年代后期，隨著人們生活水平的提高，大家對(duì)健身器材有了更高的要求，發(fā)達(dá)國家的電動(dòng)跑步機(jī)開始大量進(jìn)入我國。1997年，我國企業(yè)自己研發(fā)的電動(dòng)跑步機(jī)也開始走向市場。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有171家企業(yè)具有生產(chǎn)跑步機(jī)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(jī)制造業(yè)生產(chǎn)基地。特別是近幾年，國產(chǎn)跑步機(jī)每年都以超過25%的速度在增長。
　　根據(jù)世界體育用品聯(lián)合會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，目前國際市場上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(dú)立出現(xiàn)的體育用品卻鳳毛麟角。國內(nèi)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(fèi)和為國外企業(yè)貼牌生產(chǎn)費(fèi)用。吳江地區(qū)跑步機(jī)出口企業(yè)也是貼牌生產(chǎn)，沒有自己的品牌。在未來全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程中，國產(chǎn)品牌走出國門已成為我國體育用品業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的必由之路。
　　盡管產(chǎn)量上去了，但是國產(chǎn)跑步機(jī)的價(jià)格卻和外國生產(chǎn)的跑步機(jī)差了好幾個(gè)檔次。其實(shí)，外國生產(chǎn)的跑步機(jī)除了在款式多樣化及附加功能開發(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(jī)先進(jìn)。應(yīng)該說，國產(chǎn)跑步機(jī)從材料到新款開發(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(jī)在技術(shù)和材料等"硬件"上基本達(dá)到了國際水平。一個(gè)最直觀的例子是，國際上一些著名的跑步機(jī)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(jī)與國外競爭對(duì)手最大的差距。
根據(jù)中國文教體育用品協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，盡管全國有100多家企業(yè)在生產(chǎn)跑步機(jī)，但是目前國產(chǎn)跑步機(jī)80%的市場已經(jīng)為青島英派斯集團(tuán)有限公司、山西長治澳瑞特健康產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司等七八家企業(yè)所瓜分。 因此，國產(chǎn)跑步機(jī)向品牌沖刺的第一步，就是要在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行新一輪的資源整合，組建幾個(gè)更有規(guī)模和競爭力的大企業(yè)，從而為品牌塑造打好基礎(chǔ)。跑步機(jī)已列入今年中國名牌產(chǎn)品的評(píng)價(jià)目錄，這必將加速行業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍品牌的出現(xiàn)。
隨著2008年奧運(yùn)會(huì)的臨近，中國體育用品產(chǎn)業(yè)必將迎來一輪新的增長。如果能抓住這個(gè)難得的機(jī)遇，國產(chǎn)跑步機(jī)行業(yè)將大步跑向品牌時(shí)代。
4總體方案介紹
利用凌陽8位工業(yè)級(jí)單片機(jī)SPMC65P2404A設(shè)計(jì)的電動(dòng)跑步機(jī)控制器原理框圖如圖4-1所示，整個(gè)系統(tǒng)可以分為按鍵、顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和信號(hào)檢測。

圖4-1 跑步機(jī)系統(tǒng)框圖
　　◆按鍵部分
　　按鍵部分完成一些參數(shù)的設(shè)定、開始/暫停、緊急停止按鈕、對(duì)速度的調(diào)整功能
　　◆電機(jī)部分
　　主要是用全橋驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)，并通過檢測電機(jī)的霍爾信號(hào)來獲得電機(jī)的一些參數(shù)，從而來更好的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且提供相應(yīng)的限流和過載沖擊保護(hù)。
5芯片特性簡介
　　SPMC65P2404A是凌陽公司的8位工控單片機(jī)，最高工作頻率為8MHz，工作電壓3V~5.5V，有192字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的OTP ROM，有23個(gè)可編程IO口，8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，2通道8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2通道16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門狗、外部信號(hào)、錯(cuò)誤地址復(fù)位，并且有一個(gè)蜂鳴器輸出口……。利用這些資源，能夠?qū)崿F(xiàn)跑步機(jī)控制器的功能。
　　具體特性包括：
　　◆凌陽科技8位單片機(jī)；
　　☉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(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)
　　☉普通的定時(shí)/計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器
　　☉普通的定時(shí)/計(jì)數(shù)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(nèi)部中斷
　　◆工作電壓：2.5V~5V；
　　◆8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換（100KHz）
　　◆內(nèi)置4K Byte的OTP ROM；
　　◆內(nèi)置192K Byte的RAM；
　　◆23個(gè)可編程輸入/輸出口
　　◆5種復(fù)位功能
　　◆時(shí)鐘選擇：晶體振蕩器、RC振蕩、外部信號(hào)
　　◆電源模式：Halt模式和Stop模式
　　◆低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；
　　◆一個(gè)蜂鳴器輸出口
　　◆可進(jìn)行SPI通信
　　◆內(nèi)置在線仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。