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1、基于單片機(jī)的跑步機(jī)啟/停控制模塊的軟件設(shè)計(jì)學(xué)院:專業(yè)班級(jí):學(xué)號(hào):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:2016年04月摘要近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)自身的健康也日益關(guān)注，健身成為一種流行時(shí)尚，健身器材行業(yè)也逐步興起為一個(gè)大的消費(fèi)領(lǐng)域，電動(dòng)跑步機(jī)作為一種重要的健身器材得到了越來越廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。研發(fā)具有多功能和高附加值的人性化科學(xué)化的電動(dòng)跑步機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動(dòng)跑步機(jī)的電控系統(tǒng)是整個(gè)跑步機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，它需要具有簡(jiǎn)單接口界面、電機(jī)調(diào)速和心率功能。本論文以電動(dòng)跑步機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，以實(shí)用、廉價(jià)、高性價(jià)比和高安全性為目標(biāo)，以改進(jìn)型51系類單片機(jī)STC89C5勸控制核心,

2、完成了無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、電動(dòng)跑步機(jī)手握式紅外心率計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)和電控系統(tǒng)部分軟件開發(fā)等任務(wù)。首先，文章敘述了跑步機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)其調(diào)速原理和調(diào)速方法進(jìn)行了理論分析，建立了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)靜態(tài)模型，并實(shí)際分析跑步機(jī)特殊負(fù)載的性質(zhì)，確保跑步機(jī)的安全性和舒適性。并依據(jù)此基本控制策略，對(duì)電動(dòng)跑步機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn)并畫出相應(yīng)的電路原理圖。其次，文章介紹了電動(dòng)跑步機(jī)附加的電子心率計(jì)的軟硬件開發(fā)。最后，開發(fā)部分系統(tǒng)軟件。關(guān)鍵詞：電動(dòng)跑步機(jī)；數(shù)碼管；控制系統(tǒng)AbstractInrecentyears,withthedevelopmentofso

3、cialeconomyandpeoplelivingstandardrise,peopleisincreasinglyconcernedontheirhealth,fitnesshasbecomeapopularfashion,fitnessequipmentindustryalsograduallyrisetoabigconsumption,electrictreadmillasanimportantkindoffitnessequipmenthasbeenmoreandmorewidelyused,hasabroadmarketprospect.R&dhasmultifunctionand

4、highvalue-addedhumanscientificelectricrunningmachinehasimportantpracticalsignificance.Electrictreadmillofelectroniccontrolsystemisthecoreofthetreadmillrunning,itneedstohavesimpleinterfaces,motorspeedandheartratefunction.Byelectrictreadmillcontrolsystemasanobjectinthispaper,withpractical,cheap,highco

5、stperformanceandhighsecurityasthegoal,withthemodified51seriesofsinglechipmicrocomputerAT89S51asthecore,tocompletethebrushlessdcmotorspeedcontrolsystemhardwaredesignandrunningofelectrictractordrivergriptypeinfraredheart-ratemonitorsoftwareandhardwaredesignandelectriccontrolsystempartofthesoftwaredeve

6、lopmenttasks.Firstofall,thearticledescribesthebasicstructureandworkingprincipleofBLDCM,thespeedcontrolprincipleandcontrolmethodareanalyzedintheory,establishedthespeedandcurrentfeedbackcontrolofdynamicandstaticmodelofdcspeedregulatingsystem,andtheactualanalysisofthenatureofthespecialloadrunningmachin

7、e,toensurethesafetyandcomfortofrunningmachine.Accordingtothebasiccontrolstrategyofelectrictreadmillbrushlessdcmotorspeedcontrolsystemforthehardwareimplementationanddrawthecorrespondingcircuitprinciplediagram.Secondly,thispaperintroducestheelectrictreadmilladditionalelectronicheart-ratemonitorhardwar

8、eandsoftwaredevelopment.Finally,partofthesystemsoftwaredevelopment.Keywords：electrictreadmill;digitalcontrolsystem;controlsystem第1章緒論1.1 課題研究背景、目的及意義首先了解一下跑步機(jī)的發(fā)展歷史，跑步機(jī)是家庭及健身房常備的器材，而且是當(dāng)今家庭健身器材中最簡(jiǎn)單的一種，是家庭健身器的最佳選擇。世界上第一臺(tái)跑步機(jī)誕生于1875年，發(fā)明人是美國(guó)東部農(nóng)村的一位機(jī)械師1。這臺(tái)機(jī)器其實(shí)是一臺(tái)便攜式農(nóng)機(jī)設(shè)備，以牲畜作為動(dòng)力來源。1866年，紐約州通過了美國(guó)第一部禁止虐待動(dòng)物的法律

9、，用鞭子打牲口被視為非法行為?！懊绹?guó)反對(duì)虐待動(dòng)物組織”指責(zé)那些爬樓式的動(dòng)力裝置傷害了動(dòng)物的膝關(guān)節(jié)，給動(dòng)物造成了心理壓力。于是有人發(fā)明了水平跑步機(jī)，其傳送帶和地面平行，動(dòng)物走在上面就像平時(shí)散步一樣自然?，F(xiàn)代意義上的跑步機(jī)從80年代流行至今已發(fā)展到第四代產(chǎn)品第一代產(chǎn)品機(jī)械跑步機(jī)，是用圓形滾筒組合排列而成的跑臺(tái)，在兩個(gè)滾筒中間加裝塑膠跑帶及跑板，主要運(yùn)動(dòng)方式是依靠跑步者腳與跑步帶的摩擦力帶動(dòng)來運(yùn)行從而達(dá)到跑步及走步的效果。第二代跑步機(jī)模擬電動(dòng)跑步機(jī)，是在原有第一代的基礎(chǔ)上增加電機(jī)傳動(dòng)裝置和升降裝置，以及一些電腦控制程序和傳感器，通過傳感器傳輸和接收馬達(dá)的工作信號(hào)，用電腦控制程序達(dá)到調(diào)節(jié)跑步機(jī)速度、坡

10、度、距離等功能，第三代跑步機(jī)數(shù)字跑步機(jī)，在原有第二代跑步機(jī)的基礎(chǔ)上去除了傳感器，以單片機(jī)的數(shù)據(jù)控制馬達(dá)的工作狀態(tài)，不會(huì)受到外界的干擾，從而使跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)更穩(wěn)定、更安全。第四代跑步機(jī)是采用的數(shù)字變頻技術(shù)，采用HK變頻調(diào)速器和交流馬達(dá)組成跑步機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)榻涣麟姍C(jī)結(jié)構(gòu)中沒有碳刷，所以終生不需要維護(hù)，所以第四代變頻跑步機(jī)具有更安全、更耐用、更安靜、更節(jié)能、更穩(wěn)定5大優(yōu)點(diǎn)使跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)在真正意義上超越了傳統(tǒng)室外跑步運(yùn)動(dòng)。對(duì)于第三代跑步機(jī)而言數(shù)字跑步機(jī)是由第二代模擬電動(dòng)跑步機(jī)發(fā)展而來，和模擬電動(dòng)跑步機(jī)的主要區(qū)別在于它是由數(shù)字信號(hào)控制的。模擬數(shù)據(jù)(AnalogData)是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例

11、如溫度、壓力、心率，以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Dig讓alData)則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。模擬信號(hào)跑步機(jī)是通過傳感器傳輸和接收馬達(dá)的工作信號(hào)，具隨時(shí)間、溫度、信號(hào)強(qiáng)弱等因素，可能導(dǎo)致馬達(dá)工作不穩(wěn)定。而數(shù)字跑步機(jī)則是以單片機(jī)的數(shù)據(jù)控制馬達(dá)的工作狀態(tài)，其不會(huì)受到外部因素的干擾，從而使跑步機(jī)更穩(wěn)定，更安全。第二代跑步機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速都是各種型號(hào)的傳感器控制的，均為模擬信號(hào)。而第三代跑步機(jī)是用單片機(jī)控制，系為數(shù)字信號(hào)1。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)在跑步機(jī)中的明顯區(qū)別：(1)模擬信號(hào)跑步機(jī)的最低速度為0.8km

12、/h以上，而數(shù)字信號(hào)跑步機(jī)的最低速度可制定在0.3km/h以下，且輸出大扭力。(2)模擬信號(hào)跑步機(jī)的馬達(dá)上都有個(gè)明顯的傳感器，數(shù)字信號(hào)跑步機(jī)則沒有。(3)模擬信號(hào)跑步機(jī)控制電源上有大大小小的電位器，數(shù)字信號(hào)跑步機(jī)則沒有。(4)數(shù)字信號(hào)跑步機(jī)在按停止鍵時(shí)，使用者在沒有感覺的狀態(tài)下停止運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)如急剎車時(shí)的眩暈感覺。所以基于單片機(jī)的第三代跑步機(jī)具有很大優(yōu)點(diǎn)。生命在于運(yùn)動(dòng)，健康源于運(yùn)動(dòng)。跑步是目前非常流行的一種有氧健身運(yùn)動(dòng)，它在醫(yī)學(xué)界和體育界享有高度評(píng)價(jià)，它是保持一個(gè)人身心健康最有效、最科學(xué)的健身方式。跑步機(jī)是家庭及健身房常備的器材，而且是當(dāng)今家庭健身器材中最簡(jiǎn)單的一種，是家庭健身器的最佳選擇。

13、專家們相信未來跑步機(jī)市場(chǎng)將以高價(jià)位產(chǎn)品為主導(dǎo)。低價(jià)位產(chǎn)品銷售不錯(cuò)，近幾年價(jià)格已有上升趨勢(shì)。注重生活時(shí)尚的消費(fèi)者認(rèn)為跑步機(jī)價(jià)格在萬元以上是理所當(dāng)然的事。這些跡象表明，未來跑步機(jī)仍會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。此次設(shè)計(jì)的任務(wù)為電動(dòng)跑步機(jī)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)包括調(diào)速、控制、安全、心率測(cè)量等，設(shè)計(jì)中參考了國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有精確計(jì)算，而且設(shè)計(jì)中可以根據(jù)測(cè)出的心率來智能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，利用人機(jī)學(xué)原理，使設(shè)計(jì)更為人性化。由于跑步機(jī)的特殊性，安全問題更值關(guān)注，如何正確使用跑步機(jī)，和跑步機(jī)的保養(yǎng)同樣重要網(wǎng)。針對(duì)跑步機(jī)的控制系統(tǒng)來言，無刷直流電動(dòng)機(jī)使用電子換向取代了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向。無刷直流電動(dòng)機(jī)不僅擁有直流電機(jī)好的調(diào)速范圍性

14、能和高效率的優(yōu)點(diǎn)，還具有交流電機(jī)維護(hù)方便、可靠操作的長(zhǎng)處。止匕外，BLDCM不需要?jiǎng)?lì)磁繞組，有容量小和功率密度大的特點(diǎn)。電動(dòng)跑步機(jī)采用BLDCM作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，有價(jià)格低廉、機(jī)械噪聲小、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、便于維護(hù)、跑步帶調(diào)速范圍廣和速度波動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)41.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)跑步機(jī)屬于健康器材類產(chǎn)品，由于跑步機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須滿足各種體重的人來使用。一般使用跑步機(jī)的目的有兩種：健身和減肥瘦身；如果是減肥瘦身的人來使用，因?yàn)樯眢w較肥胖，跑不快，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)的低速必須轉(zhuǎn)矩大才能使用。相反的，健身的人跑步快，但是重量輕，因此高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩需求較??；跑步機(jī)必須滿足家庭成員每一個(gè)人都能使用，因此調(diào)速范圍要寬

15、廣，低速轉(zhuǎn)矩要大，才能滿足不同重量的人。目前跑步機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)裝置以直流有刷電機(jī)為多，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。跑步機(jī)雙面寬厚的跑帶讓人有草坪般舒適感覺，馬力強(qiáng)勁的電機(jī)帶來恒久的動(dòng)力，靈敏的控制器配合芯片讓人在跑步過程中隨心所欲，堅(jiān)固的鋼架以及防護(hù)裝置使人的安全盡在掌握。電跑使人們?cè)诜泵Φ墓ぷ髦嗳匀豢梢员M享運(yùn)動(dòng)的樂趣。未來人口越來越多的集中在城市，在有限的空間進(jìn)行鍛煉成為了城市居民的不二選擇。通過上網(wǎng)了解可知，在跑步機(jī)控制系統(tǒng)方面，目前國(guó)內(nèi)外中低市場(chǎng)大都采用直流有刷電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)跑步機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這些電機(jī)的功率在1.5馬力到2.0馬力之間，同時(shí)適用于脈寬調(diào)制技術(shù)。他們有一下一些問題：大機(jī)械噪聲、持續(xù)工作

16、時(shí)間短、高維護(hù)費(fèi)用、短壽命。在高端市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)大都采用交流電機(jī)，大多說功率在3.0左右，且適用于矢量控制變頻技術(shù)，其中一些提升電機(jī)10%的功率，范圍改變?cè)?%到15%。當(dāng)然這種系統(tǒng)性能高，而高花費(fèi)卻限制了它的市場(chǎng)67。另外由于價(jià)格和性能的互相限制，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于控制系統(tǒng)沒有實(shí)質(zhì)性的突破進(jìn)展時(shí)，一般都朝著智能化方向發(fā)展，跑步機(jī)同時(shí)混同各種功能于一體。接下來介紹幾種常采用的單片機(jī)：采用ATMEL公司的ATmega32或者ATmega128作為跑步機(jī)的主控芯片，它具有先進(jìn)的RISC架構(gòu)，內(nèi)部集成較大容量存儲(chǔ)器，有豐富的管腳資源，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，具有在系統(tǒng)編程功能，給控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及程序的升級(jí)和維護(hù)提供了

17、極大方便9。國(guó)外多采用低價(jià)位的8位單片機(jī)AT89C2051為核心單元構(gòu)成了直流有刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)采用脈寬調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)速，通過軟件編程改變控制算法，增加了控制的靈活性，具有較高的性價(jià)比1011。再介紹一下跑步機(jī)重要組成部分無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程：有刷直流電動(dòng)機(jī)作為最早的電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，由于其寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能，在需要調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位，但機(jī)械換向裝置的存在，限制了其發(fā)展和應(yīng)用范圍。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷和換向器因強(qiáng)迫性接觸，造成其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、火花、噪聲等一系列問題，影響了直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速精度和性能。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍，開關(guān)

18、型晶體管的研制成功為創(chuàng)造新型的無刷直流電動(dòng)機(jī)帶來生機(jī)。1955年，美國(guó)人首次提出用晶體管換向線路代替機(jī)械換向裝置，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，人們終于找到了用位置傳感器和電子換相線路來代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換相裝置，出現(xiàn)了磁電耦合式、光電式及霍爾元件作為位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，以后人們發(fā)現(xiàn)電量波形和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的位置存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此又出現(xiàn)了通過觀測(cè)電樞繞組中不同電量波形，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子位置的無位置傳感器的電動(dòng)機(jī)。80年代初，無刷直流電機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段，方波和正弦波無刷直流電機(jī)先后研究成功?！盁o刷直流電機(jī)”的概念已由最初的具有電子換相器的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)?，F(xiàn)今

19、，無刷直流電機(jī)集電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。無刷直流電機(jī)具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級(jí)調(diào)速），調(diào)速范圍寬，低速性能好（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流?。\(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場(chǎng)合從工業(yè)到民用極其廣泛。如電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電梯、抽油煙機(jī)、豆?jié){機(jī)、小型清污機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等等。由于無刷直流電機(jī)具有這些優(yōu)點(diǎn)，因此在2004年的國(guó)際電機(jī)會(huì)議上提出了有刷電機(jī)將被無刷電機(jī)取代這一發(fā)展趨勢(shì)。美、日、英、德在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了以無刷直流電機(jī)代替有刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換12o所以電動(dòng)跑步機(jī)使用無刷直流電動(dòng)機(jī)十分適合。1.3 系統(tǒng)框圖長(zhǎng)按鍵

20、處理短按鍵處理圖1-1系統(tǒng)框圖第2章硬件電路設(shè)計(jì)2.1 主電源電路跑步機(jī)驅(qū)動(dòng)采用無刷直流電動(dòng)機(jī)，所以主電源的任務(wù)是得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓，以此作為電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的輸入電壓。為了得到+5V的電源，采用了全波整流電路，結(jié)合7805三端穩(wěn)壓芯片組成的穩(wěn)壓電路，已確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。在電源的輸出端，并聯(lián)了電解電容和瓷片電容，電解電容用來濾掉大部分的電壓紋波以保證電壓穩(wěn)定，瓷片電容則用來濾掉高頻干擾。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。圖3-1主電源2.2 STC89C52單片機(jī)及相關(guān)電路2.2.1 STC89C52單片機(jī)概述STC89C52勺封裝圖如下圖3.2.1.1所示，它是

21、DIP40形式，有雙列的豎直插入式的封裝。外殼是塑料的材料做的，STC89C52乍為本系統(tǒng)的核心控制元件，其管腳圖如圖3.1.1.2所示。匚匚匚匚匚nnr二一rnmgJ1in-!一vccPO.O/ADOPO.1ZAD1PO.2/AD2F0.3/AD3F0.4/AMPCI.MEFO.6/AD6PO.7/AD7EAALE/FEOCP5EKP2.77Al5P2.6/A14P2.&/A13PE.4/M2Pi.3/Al1PlZMlOP2.1/AP2.O/A&圖3.1.1.1STC89C52封裝圖T2/P1.0T2BX/F1.1FL1PI.3PL4Pl.5PL6Pl.7匚R5T匚ZRXDg。匚TXD/F3

22、.1匚二INT0/F3.2Inm/FS.aTTO/P3.4IT1/P3.5匚麗，F(xiàn)3.EIRD/PS.7匚XTALJIXTALlI-VSS匚圖3.1.1.2STC89C52引腳圖(1) VCC40腳，電源供電接口，接+5V。(2) VSS20腳，接電源地。(3) P0:3239腳，P0口是一組I/O輸入輸出口，特點(diǎn)是它的漏極開路狀態(tài)的，如果對(duì)P0端口寫的電平為高電平“1”時(shí)，引腳作為高阻抗輸入狀態(tài)。也可以作為一組輸出端口。若端口訪問外部程序或者查詢數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以把它當(dāng)做成低8位的地址/數(shù)據(jù)，復(fù)用利用，也就是所謂的信道復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上電阻。但是P0口在進(jìn)行程序校驗(yàn)并

23、作為輸出指令字節(jié)時(shí)，這是需要在外部加上拉電阻，一般選4.7K10K的排阻作為上拉電阻。本設(shè)計(jì)中P0口用了10K的排阻。(4) P1D:18腳，由于P1口內(nèi)部本身具有上拉電阻，P1口的緩沖器能夠接收輸出的4個(gè)TTL電平電流。如果P1端口寫入高電平“1”，那么P1口電平被拉高，就可以作為輸入口來使用。(5) P2口:2128腳，P3口:1017腳。與P1口的特征一致。(6) RESET第9腳，作為單片機(jī)的一個(gè)復(fù)位輸入端口。倘若作為振蕩器的復(fù)位器件時(shí)，RST5I腳會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的機(jī)器周期的高電平，回到最開始，這時(shí)就可以復(fù)位了。(7) ALE/P:30腳，當(dāng)IO口讀取外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，地址會(huì)鎖定

24、然后存儲(chǔ)所允許的輸出電平值，然后鎖定并存儲(chǔ)地址的那位字節(jié)。用FLASH程的時(shí)候，輸入編程的脈沖信號(hào)就是在這個(gè)引腳可以體現(xiàn)作用的。在一般的情況下，ALE端會(huì)輸出以不變的周期的頻率，因?yàn)檫@個(gè)頻率將會(huì)是振蕩器頻率的1/6的一個(gè)正脈沖信號(hào)，因此它可用來檢測(cè)系統(tǒng)是否正常工作。(8) PSEN29腳，用于選擇外部存儲(chǔ)器的信號(hào)入口。(9) XTAL119腳，可以輸入振蕩器的反相放大器和發(fā)生內(nèi)部時(shí)鐘的電路。如果要接外部時(shí)鐘源，就從XTAL1輸入。(10) XTAL218腳，作為振蕩器的反相放大器的輸出端口。如接外部時(shí)鐘源，則XTAL2t空。單片機(jī)在系統(tǒng)中作為主控芯片對(duì)外部電路采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)出PWM信

25、號(hào)給L298,然后通過L298驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的自動(dòng)控制效果。2.2.2 晶振電路晶振的全名叫做石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器可以用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率。用晶振的基準(zhǔn)頻率來保正系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的準(zhǔn)確頻率。圖3.2.2所示是單片機(jī)的晶體振蕩電路圖。這是一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPUS這個(gè)時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行所有操作。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率和晶振的頻率是非常接近的，一般在1.2MHz至1124MH加右。C1、C2作為反饋電容，它的值一般在10pF60pF之間選取，其經(jīng)典值為30pF。本電品備圖用30pF的瓷片電容，晶振選用12MHz的。

26、XTAL1XTAL2分別接晶振的兩個(gè)引腳，然后分別對(duì)地接一個(gè)30pF的瓷片電容。在石英晶體的兩根管腳上加交變電場(chǎng)，它會(huì)產(chǎn)生一定的機(jī)械變形、機(jī)械振動(dòng)和產(chǎn)生交變電場(chǎng)，被稱為壓電效應(yīng)。在正常的時(shí)候，無論是機(jī)械的振動(dòng)，還是交變電場(chǎng)的變化，振幅都是非常小的。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率在一定的值時(shí)，振幅會(huì)急劇增加變化，產(chǎn)生共振，被稱為壓電振蕩。這種特殊的頻率是石英晶體所固有的頻率，也就稱為共振頻率。晶振起振后在XTAL2引腳上，會(huì)輸出約3V的正弦波，通常情況下，該振蕩器時(shí)鐘頻率為0.5MHz-16MH問其中12MHz和11.0592MHz是典型的值，我們需要特別注意。電容C1和C2可以幫助起振，我們微調(diào)C1,

27、C2的值就可以調(diào)節(jié)頻率了。XTAL1XTA1.2口丫-XTAT圖3.2.2石英晶體振電路仿真圖2.2.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的主要功能是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加上兩個(gè)或者兩個(gè)以上機(jī)器周期的高電平。單片機(jī)復(fù)位之后，地址初始化為0000H,然后會(huì)繼續(xù)從0000H這個(gè)值開始同時(shí)啟動(dòng)程序并執(zhí)行下去。在復(fù)位電路中為了可靠的復(fù)位，加入了10uF的電解電容，由于電容充電的原因復(fù)位引腳上高電平持續(xù)的時(shí)間延長(zhǎng)，以防止在這過程中案件引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。如圖3.2.3所示。圖3.2.3復(fù)位電路圖2.2.4 時(shí)鐘電路DS1302是美國(guó)的DALLA泌司發(fā)表和推行的，它的高性能，低功耗被大多

28、數(shù)電子生產(chǎn)商喜愛，它的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，可以對(duì)時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)，同時(shí)還是萬年歷的核心，有補(bǔ)償閏年的作用，工作電壓范圍約在2.5V?5.5V左右。三線接口與CPU勺同步通彳W,如圖3.3.1,VCC1乍為備用電源，VCC2乍為主電力供應(yīng)。即使在主電源關(guān)閉的時(shí)候，VCC1可以作為備用的電源，它能夠維持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行，不會(huì)造成時(shí)間的混亂和重置。DS1302的供電由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電；當(dāng)VCC2VCC10.2V時(shí),VCC2合DS1302供電；當(dāng)VCC2VCC1,DS1302由VCC1供電。X1和X2弓I腳外接32.768kHz的晶振。RST是復(fù)位和片選線，它由高電平驅(qū)動(dòng)，然后開始數(shù)據(jù)的傳輸

29、。本設(shè)計(jì)連接圖如圖3.3.1所示，如果調(diào)整C1和C2電容值的大小可以微調(diào)晶振的頻率。DS1302K片的弓加卻圖如圖3.3.2所示。一程也I凸L后PSENALEEAP1.0/T2PI1/T2PI2PI.3PL4PI5PI6圖3.3.2DS1302引腳圖圖3.3.1時(shí)鐘電路圖2.2.5 DS1302時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)DS1302時(shí)鐘芯片與單片機(jī)通信采用的是串行接口。DS1302內(nèi)部設(shè)置有12個(gè)通用寄存器，其中的7個(gè)是以BCD碼的方式來儲(chǔ)存時(shí)鐘信息和日歷，通過讀取這些寄存器的數(shù)據(jù)，可以獲得相關(guān)信息。由于DS1302具有掉電模式，因而不用擔(dān)心反復(fù)調(diào)時(shí)間的問題。其讀寫操作流程如圖4.3所示。小腦也如此扃“身故

30、址,散磨（口而欣希謨操伸詼程（開帖JTWfjIJUHIJUlJftJtd-；境時(shí)一風(fēng)NIM”i，i工地以狂業(yè)用產(chǎn)生i個(gè)血電V聘廉地址附熟NH虻電T電址mm也時(shí)段對(duì)前|豆的L產(chǎn)生十離電督地址.W1加IDS1302時(shí)鐘程序框圖2.3 速度控制和停啟電路II斯、梏吐、尊辭.丁c=iC3iDuFRSTPDA網(wǎng)萌.PDLT/AIffF5EIF2.1YMPZSWCALEN,醉便質(zhì)F7SAQPZfiml4F2.7M4FHFT2FIJDrHXDpjLumP3iTipmmTlTTlapi.trrapasmP15盟局凱風(fēng)P1.7F32T/OST1DD22.4 速度顯示電路數(shù)碼管顯示電路第3章軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)初

31、始化主要包括I/O初始化、內(nèi)部RAM初始化、定時(shí)器初始化、PWM輸出程序、A/D轉(zhuǎn)換等。3.2 I/O初始化、定時(shí)器初始化定時(shí)器0和定時(shí)器1定時(shí)常數(shù)的確定以及初始化代碼略作介紹。此處只介紹用于PWM信號(hào)產(chǎn)生的定時(shí)器1的初始化。通過對(duì)初始化定時(shí)器l的相關(guān)寄存器的編程，可以在P2引腳產(chǎn)生控制電動(dòng)機(jī)的兩路PWM信號(hào)輸出。之所以選擇定時(shí)器1產(chǎn)生PWM信號(hào)，是因?yàn)樗?6位定時(shí)器，而定時(shí)器0和定時(shí)器2為8位定時(shí)器。定時(shí)器1產(chǎn)生的PWM信號(hào)比其他定時(shí)器產(chǎn)生的PWM信號(hào)精度更高，從而使電動(dòng)機(jī)的速度控制更加精確。PWM信號(hào)最高在20Hz左右，所以將PWM周期寄存器的周期設(shè)置為6000。那么PWM計(jì)算公式如下：

32、f.fosc_8106.201PWM2016ICR1646000定時(shí)器初始化程序：根據(jù)以上信息的提示，我們可以歸納出寄存器操作的步驟:(1)使能相應(yīng)的定時(shí)器時(shí)鐘線。(2)配置tim1四路PWM輸出引腳為復(fù)用功能輸出。(3)配置tim1的分頻比和計(jì)數(shù)裝載值。(4)配置相應(yīng)通道的PWM輸出模式和使能預(yù)裝載。(5)打開自動(dòng)重裝載預(yù)裝載允許位。(6)根據(jù)需要選擇向上或者是向下計(jì)數(shù)模式。(7)打開相應(yīng)通道的輸出使能。(8)配置各通道的占空比。(9)開啟OC和OCN。(10)最后使能定時(shí)器1參考文獻(xiàn)1跑步機(jī)發(fā)展史qBLuRSwarCkuyL5w6JjE2vTZ608m8Vd3pfU8DfdTWAqmvGb

33、9jFayhNvTlazsGfTO2山東大學(xué)韓修恒.智能跑步機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D,20073宋杰、歸明.山東省城市社區(qū)健身器材使用現(xiàn)狀分析J.體育學(xué)報(bào)，20024國(guó)外健身器材的發(fā)展趨勢(shì)Z.1053.html5中國(guó)跑步機(jī)市場(chǎng)研究報(bào)告J,20126楊玲.跑步機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士研究生論文，20077DesignofBLDCMDrivingandControlSystemforMotorizedTreadmillJ.20078ATmega32DataSheetZ.ATmelInc.Rev.9HaroldStone.MicrocomputerIntertacing.Universit

34、yofMassachusetts.AmhorstAddisonwesleD,198210MitraSK.DigtalSignalProcessing.NewYork:Mcgraw-HillincM,200111李群芳、肖看、張士軍.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第四版)M.電子工業(yè)出版社，201212Dr.DuanehanselmanBLDCMDesign,secondeditionM,UniversityofMaineOrono,USA.13山東大學(xué)李國(guó)強(qiáng).電動(dòng)跑步機(jī)電控系統(tǒng)的研制D,200814楊浩東等.無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其仿真J微電機(jī)，2003,4:81015吳影生，胡虞生.無刷直

35、流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真模型與改進(jìn)J.機(jī)械制造及自化，200316陶桂林等.永磁無刷電機(jī)的建模與仿真分析J.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,l:838517葛新等.無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)用仿真模型J.微電機(jī)，2004,37(2):3818何偉，陳良遲，徐曉紅，謝正祥.心電信號(hào)及各組分的頻率分布和有效帶寬研究J.生物醫(yī)學(xué)工程雜志，1996,13(4):336.34019羊彥，景占榮，畢強(qiáng)，韓星.無刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)字PID控制的研究J.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2003,7(4):299-30220劉剛，王志強(qiáng)，房建成.永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，201021胡壽松.自動(dòng)控制原理M.科學(xué)出版社，2

36、00122董永貴.傳感器技術(shù)與系統(tǒng)M.清華大學(xué)出版社，200623張友順等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)附件：#includeunsignedcharcodeSEGtable尸0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/字符編碼sbitSEKey=P1A0;啟動(dòng)、暫停和停止按鍵sbitINCKey=P1a4;/速度增力口鍵sbitDECKey=P1a7；/速度減少鍵sbitpauseLED=P3人0；/暫停指示燈sbitstopLED=P3a7；/停止指示燈bitkeyFIg;/按鍵長(zhǎng)按、短按標(biāo)志位0為短按1為長(zhǎng)按unsignedcharT

37、imeCounter;/計(jì)數(shù)專用unsignedcharKeyDownFIg,set;/按鍵專用unsignedcharyansi,key,send,unitsdData,tensdData,num,keynum;bitkeybz;延時(shí)函數(shù)voiddelay(unsignedchartime)unsignedcharx,y;for(x=time;x0;x-)M.福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005for(y=110;y0;y-);掃描啟動(dòng)、停止、暫停按鍵voidStartAndStopKeyScan()if(SEKey=0)/鍵被按下KeyDownFIg=1;/置鍵按下標(biāo)志位TR0=1;啟動(dòng)定時(shí)器if

38、(SEKey=1)&(KeyDownFIg=1)/判斷設(shè)置鍵是否松開KeyDownFIg=0;/清除鍵標(biāo)志位if(keyFIg=0)/如果是短按stopLED=1;pauseLED=pauseLED;TR0=0;關(guān)閉定時(shí)器TimeCounter=0;/計(jì)數(shù)器清零keyFIg=0;/清除短按、長(zhǎng)按標(biāo)志位voidSegDispIay(unsignedchartensdData,unsignedcharunitsdData)(P0=SEGtabletensdData;delay(10);P2=SEGtableunitsdData;delay(10);voidkeyscan1()具有連加功能的的按鍵掃

39、描程序(if(INCKey=0)/判斷INCKey鍵是否按下？(SegDisplay(tensdData,unitsdData);延時(shí)去抖動(dòng)if(INCKey=0)/如果真接下就去執(zhí)行鍵盤程序(if(keybz=0)判斷是否是第一次按下？(num+;/值加一if(num=100)/判斷是否加到100num=0;/力口至U100清0keybz=1;/第一次進(jìn)來置標(biāo)志位key-;/按鍵次數(shù)計(jì)數(shù)器keynum=5;快加按鍵次數(shù)計(jì)數(shù)器tensdData=num/10;/BCD碼轉(zhuǎn)為十進(jìn)制值unitsdData=num%10;else/如果是第二次按下則執(zhí)行下面的語句if(key=0)/判斷按鍵次數(shù)到1

40、00次了嗎？if(keynum=0)/檢測(cè)按下時(shí)間是否超過加5次的時(shí)間key=10;如果按鍵持續(xù)時(shí)間超過加5次的時(shí)間則以后每10次執(zhí)行加工廠操作num+;if(num=99)num=0;tensdData=num/10;unitsdData=num%10;return;else沒有到5次時(shí)間則執(zhí)行下面的語句keynum-;快加計(jì)數(shù)器減一key=100;return;/不用檢測(cè)松手直接返回num+;以下是減if(num=99)(num=0;)tensdData=num/10;unitsdData=num%10;return;)else沒有到100次下次再來判斷.key-;return;)if(INCKey!=0)松手后所有的計(jì)數(shù)器清并置默認(rèn)值(keynum=5;key