SPMC65P2404A單片機在電動跑步機中的應用

跑步機已經成為健康、時尚的運動器材，人們可以不用出戶就可以在跑步機上面鍛煉，越來越受到人們的喜愛。本文主要介紹利用凌陽8位MCU----SPMC65P2404A單片機作為電動跑步機的主控芯片，結合市場的一些信息來分析跑步機的一些相關信息。
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1?引言
　　目前，倡導健康已經成為人們越來越關注的焦點，而跑步機的出現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行體育鍛煉。這種方式越來越受到消費者的親賴。跑步機的蓬勃發展可以歸納為以下幾個方面的因素：
　　-?隨著人們生活水平的提高；
　　-?人們越來越重視自身的身體健康；
　　-?更熱衷于參加各種體育運動，其中借助跑步機進行的鍛煉，其運動形式簡單；
　　-?適合在家庭或健身房室內進行，鍛煉起來特別方便。
　　國外電動跑步機制造業從上個世紀七十年代后期起步，與我國同類產品相比，除款式多樣化及附加功能開發上比較占先外，其他差距較小。例如鋼材，我國寶鋼、鞍鋼等生產的帶鋼的品質均達到或超過國際標準，其配套的鋼管制作也達到國外標準，電機等電跑配件通過消化吸收，我們從材料到新款開發均在國際先進行列。因此，電動跑步機不同于飛機、汽車行業，與國外先進水平幾乎沒有多大差距。由此，國際著名電跑生產企業日益關注，已經開始讓我國企業為其進行貼牌產品生產。
　　雖然發展勢頭不錯，但是國產電跑在國內外市場上的境遇還是有差別。而國產電動跑步機在國際市場上競爭力不強的主要原因，則是缺乏名牌產品效應。而與國外企業相比起步較晚、一些小企業假冒偽劣產品生產對市場的沖擊等原因，也削弱了國產電動跑步機的市場競爭力。
　　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企業施壓，在此情況下，盡快促進電動跑步機名牌產品的崛起，不失為政府對電動跑步機民族工業的一個有力推動，也是推動民族品牌和國產產品提高國際市場競爭力的一大捷徑。在電動跑步機國際市場競爭白熱化的情況下，國產產品能否取勝，與名牌戰略能否及時有效推進關系密切。
2?跑步機的背景
　　1996年之前,電動跑步機都是國外產品，進入家庭的大都是由自行車廠改制的生產廠制造的機械跑步機,國人對價格幾萬乃至十幾萬元的進口電動跑步機望而生畏。
　　1993年以后，隨著國際產業結構的調整，韓國企業向我國轉移，首先是山東祥和集團公司利用該地區電機、控制電源生產的優勢，于1994年組建了專廠，通過充實機加工能力，結合國內外信息，祥和集團于1995年生產出了全部為自制部件的家用電動跑步機，并于次年的南昌體博會上參展。被譽為第一個民族品牌的匯祥電動跑步機，當年產量達到七千臺，銷量達到五千臺，開了生產國產電動跑步機的先河。通過不停的技術改造，到2004年達到了年產十萬臺的生產能力，同年銷售跑步機4.8萬臺，產值9360萬元，銷售收入7200萬元，同時完成了ISO9001及歐盟CE認證，并被評為山東名牌產品。
　　匯祥電動跑步機為擴大生產規模，合理利用生產資源，先后為一些國產企業貼牌生產，極大地提高了電動跑步機的國產占有率，也為眾多企業提供了發展樣品，帶動了整個行業的蓬勃發展。
目前，生產電動跑步機的企業集中在長江三角洲、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、獨資企業約占50%。
　　隨著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量發展，電動跑步機將是國人健身的優選器材，因為，從國外的經驗看，在電動跑步機上進行平衡鍛煉已經成為時尚。從國民經濟分類看，體育消費屬第三產業，近年增速連續超過10%，而且速度逐年加快。體育健身的消費拉動國民經濟增長的份額必然會繼續增加。這種健身消費涵蓋較廣，既有居民消費又有公共消費（如健身俱樂部等），它的消費增速超過20%，其中，電動跑步機超過40%，具有較強的發展勢頭。
　　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單的一種，是家庭的最佳選擇。美國1993年跑步機的批發銷售額達4.6億美元較1992年增加了15%。專家們相信未來跑步機市場將以高價位產品為主導。低價位產品銷售也不錯，近幾年價格已明上升趨勢。注重生活時尚的消費者認為跑步機價格在1000美元以上是理所當然的事。這些跡象表明，未來跑步機仍會持續增長。
　　◆跑步機的分類
　　(1)電動跑步機。電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走，從動作外形上看， 幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動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行選擇。
　　(2)單功能跑步機。單功能跑步機從結構上分為兩類，一類是滾輪式跑步機，一類是平板式跑步機。滾輪式跑步機工作時噪音很大，已被淘汰。平板式跑步機是由人主動在上面運動，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速、時間、心率、熱量、節拍、距離等指標。使您隨時了解自己的訓練情況，進行有目的的調整。
　　(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、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。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，技術動作準確合理上看，多功能跑步機有一定缺陷。
　　(4)新型跑步機。現在實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：
　　1．消耗提高79%。該機在鍛煉時可使人體每小時消耗熱量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%。以此進行訓練，可在最短時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利。手臂鍛煉器使用時非常方便，只須兩只手臂像抽水機一樣上下往復擺便可以了。
3?跑步機市場分析
　　目前，生產電動跑步機的企業集中在長江三角洲、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、獨資企業約占50%。從電動跑步機的行業集中度看，眼下3家企業的發展勢頭比較突出，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家企業具備了研發、編程設計、電機、電源、控制器、機加工全部自我制作的能力，在業內很有影響力。
　　我國健身器材產業從20世紀70年代開始起步，當時只有為數不多的工廠生產杠鈴、啞鈴、拉力器等小型健身器材，產品的種類和數量都很少，行業整體規模小。在這個階段，跑步機的概念尚未進入中國。從20世紀80年代末開始，全國各地出現了一大批健身器材生產企業，產品的種類和數量大大增加。我國自己生產的非電動跑步機開始出現。1986年，山西長治澳瑞特健身器械廠（山西長治澳瑞特健康產業（集團）有限公司的前身）開始生產非電動跑步機。20世紀90年代后期，隨著人們生活水平的提高，大家對健身器材有了更高的要求，發達國家的電動跑步機開始大量進入我國。1997年，我國企業自己研發的電動跑步機也開始走向市場。
??? 據統計，我國現有171家企業具有生產跑步機的能力。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生產基地。特別是近幾年，國產跑步機每年都以超過25%的速度在增長。
　　根據世界體育用品聯合會發布的數據顯示，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，但以民族品牌獨立出現的體育用品卻鳳毛麟角。國內500多家健身器材生產企業里，大部分以出口為主，賺取的是加工費和為國外企業貼牌生產費用。吳江地區跑步機出口企業也是貼牌生產，沒有自己的品牌。在未來全球經濟一體化的進程中，國產品牌走出國門已成為我國體育用品業健康持續發展的必由之路。
　　盡管產量上去了，但是國產跑步機的價格卻和外國生產的跑步機差了好幾個檔次。其實，外國生產的跑步機除了在款式多樣化及附加功能開發上具有比較優勢之外，在技術和材料上并不比國產跑步機先進。應該說，國產跑步機從材料到新款開發，已經跟上了世界的腳步。中國文教體育用品協會也表示，國產跑步機在技術和材料等"硬件"上基本達到了國際水平。一個最直觀的例子是，國際上一些著名的跑步機生產企業紛紛選擇中國企業為其進行貼牌生產。因此，品牌的影響力才是國產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會的統計數據，盡管全國有100多家企業在生產跑步機，但是目前國產跑步機80%的市場已經為青島英派斯集團有限公司、山西長治澳瑞特健康產業（集團）有限公司等七八家企業所瓜分。 因此，國產跑步機向品牌沖刺的第一步，就是要在行業內進行新一輪的資源整合，組建幾個更有規模和競爭力的大企業，從而為品牌塑造打好基礎。跑步機已列入今年中國名牌產品的評價目錄，這必將加速行業內領軍品牌的出現。
??? 隨著2008年奧運會的臨近，中國體育用品產業必將迎來一輪新的增長。如果能抓住這個難得的機遇，國產跑步機行業將大步跑向品牌時代。
4?總體方案介紹
利用凌陽8位工業級單片機SPMC65P2404A設計的電動跑步機控制器原理框圖如圖4-1所示，整個系統可以分為按鍵、顯示、電機驅動和信號檢測。

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
　　主要是用全橋驅動有刷直流電機，并通過檢測電機的霍爾信號來獲得電機的一些參數，從而來更好的控制電機的轉動，并且提供相應的限流和過載沖擊保護。?
5?芯片特性簡介
　　SPMC65P2404A是凌陽公司的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個可編程IO口，8通道10位A/D轉換器，2通道8位定時/計數器，2通道16位定時/計數器，1個12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門狗、外部信號、錯誤地址復位，并且有一個蜂鳴器輸出口……。利用這些資源，能夠實現跑步機控制器的功能。
　　具體特性包括：
　　◆凌陽科技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8位可編程定時器/計數器(可自動預置初始計數值)
　　☉普通的定時/計數器
　　☉具有8位捕獲功能
　　☉具有8位比較功能
　　◆2個16位可編程定時器/計數器
　　☉普通的定時/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個可編程輸入/輸出口
　　◆5種復位功能
　　◆時鐘選擇：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；
　　◆一個蜂鳴器輸出口
　　◆可進行SPI通信
　　◆內置在線仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。