STM32單片機項目實例：基于TouchGFX的智能手表設計（2）UI交互邏輯的設計

一、UI交互邏輯的設計

1.1?硬件平臺的資源

1.2?界面切換功能

???????1.3?表盤界面

1.4?運動界面

???????1.6?設置界面

???????1.7?應用界面

一、UI交互邏輯的設計

1.1?硬件平臺的資源

STM32U5核心板采用STM32U575RIT6微控制器，基于32位Cortex-M33內核，運行頻率可達160MHz，內部Flash容量為2MB，RAM容量786KB。核心板采用最小系統設計，板載16MB的Flash存儲器，用于存儲大容量數據，例如圖片(分辨率240*320的16位彩色圖片大小240*320*16=150KB)、升級的固件等等。供電端口采用USB TypeC接口，板載USB轉UART芯片，用于ISP功能或串口調試。核心板提供復位、BOOT與用戶按鍵，提供2.8寸電容觸摸屏接口。核心板提供電源指示燈與運行指示燈（用戶編程控制）。

?圖 1-1?STM32U5核心板資源

? STM32開發板底板，支持5V電源適配器與TypeC供電。提供RTC時鐘電源，提供三軸加速度與角速度傳感器，用于姿態感知。板載ESP-12F無線模組，用于物聯網云平臺項目開發。提供1路五向按鍵，采用中斷與A/D模式采樣。提供1路有源蜂鳴器，1路2*17P擴展接口，用于資源擴展板的接入。核心板接口通過2.54mm間距的插針引出，方便用戶外接其它設備。

圖 1-2?STM32開發板底板

? 電容觸摸顯示屏在很多智能設備上得到應用，提升了設備的交互感。在開發板套件中使用方型顯示屏用來模擬圓形的一個手表項目。顯示屏尺寸為2.8寸，分辨率320*240(RGB)。驅動IC采用ILI9341，自帶172,800字節的 GRAM存儲。電容觸摸屏采用I2C接口，驅動IC采用FT6336G。

圖 1-3?2.8寸顯示屏

? 資源擴展板提供基于I2C總線的溫濕度傳感器、環境光感知、心率/脈搏測量。基于模數轉換接口的電壓/電流采集。基于EXTI事件/中斷控制類型的人體紅外、光電開關、火焰感知傳感器。基于SPI總線的數碼管驅動電路。基于PWM控制的風扇、蜂鳴器、震動馬達。基于GPIO的按鍵、LED指示燈。基于異步串行通信的485總線電平轉換。基于控制器局域網總線的CAN電平轉換等外設。資源擴展板主要用于微控制器入門外設的使用，硬件圖紙原理以及項目案例的應用開發學習。

圖 1-4?資源擴展板

? 仿真器在單片機程序開發過程中起著重要的作用。通過仿真器，使開發者能夠在計算機上運行和調試單片機程序，開發者可以逐步執行程序并觀察變量的值、寄存器的狀態以及程序的執行流程，從而快速發現和解決程序中的錯誤。推薦采用的仿真器：FS-DAP-Link或者ST-LINK V3.0，用于程序燒寫和仿真調試。

圖 1-5?華清遠見DAP-Link/ST-Link仿真器

? 基于TouchGFX的智能手表項目，硬件包含STM32U5核心板、底板、2.8寸顯示屏、資源擴展板以及仿真器，進行智能手表的設計。手表主要功能包括健康監測、運動模式、環境檢測、電池電量檢測、RTC時鐘、狀態提醒、模式切換（運行/待機，LPBAM功能演示）和網絡連接等功能。

???????1.2?界面切換功能

? 開發板套件包含了豐富的傳感與控制資源，智能手表項目可以通過這些資源，實現許多有趣的功能。作為手表，時間的顯示是必不可少的。項目設計了表盤頁面，表盤界面主要負責時間的顯示，除此之外，心率、步數、溫度、日期等信息由于查看頻率相對較高，且不需要太復雜的交互，在表盤頁面上進行了這些信息的顯示。

? 運動功能是目前市面上的大部分智能手表的主打賣點之一，手表可以通過陀螺儀、心率傳感器等等外設檢測用戶的運動狀態與健康監測，并對其運動進行記錄，符合現代人對健康的追求。因此本項目設計了運動模式頁面。在該頁面中，不同的運動功能以列表的形式展示。用戶可以通過手指的上下滑動瀏覽不同的運動種類，且可以通過點擊相應的運動圖標切換到對應運動的記錄頁面。

? 智能手表的應用程序很多，在項目中增加了應用頁面，與實際手表不同的是，該頁面下的應用程序主要用于UI控件的學習與使用。在該頁面中，不同的應用程序圖標以列表的形式展示。用戶可以通過手指的上下滑動瀏覽不同的應用程序，且可以通過點擊相應的應用程序圖標切換到對應的應用程序頁面。由于本項目為單片機裸機編程實現智能手表功能的項目，因此無法實現app的安裝，在應用程序頁面以操作不同的外設，實現對應用程序功能的模擬。

? 在設置界面與工具頁面，包含智能手表的常用小工具或快捷設置功能，在表盤頁面通過物理按鍵的方式進行頁面的切換。

? 除此之外，需要設計在表盤頁面、運動頁面、工具界面、應用頁面以及設置界面之間的切換方法。項目中使用開發板上的五向按鍵完成頁面的切換。在表盤頁面上按切換到應用界面，下按切換到設置頁面；在應用程序中，通過五向按鍵的中間按鍵切換回應用界面。

圖 1-6?基于TouchGFX的智能手表界面

???????1.3?表盤界面

? 智能手表的時間可以通MCU內部的RTC時鐘功能產生，優點是成本低，缺點是時鐘精度不高。也可以通過外置的RTC實時時鐘芯片進行獲取，缺點是成本會增加。在本項目中，采用STM32U575的內部RTC時鐘功能與備份域寄存器，實現時間的設置與產生。

? 項目中設計了兩個時間顯示的頁面，分別是模擬時鐘表盤頁面與數字時鐘表盤頁面。這兩種時鐘表盤的設計是目前市面上絕大多數智能手表或傳統手表采用的時間顯示方法。采用左右滑動的方式進行表盤切換。

圖 1-7?表盤界面

1.4?運動界面

? “智能可穿戴”這個理念現在深入人心，從智能手表、智能手環，到其他一系列智能可穿戴設備，都有著類似的功能，例如追蹤身體運動，監測溫度、血氧飽和度、心率等等。在這些功能的背后，是傳感器技術的應用。以運動傳感器和生物傳感器為例，可穿戴設備的運動傳感器可以隨時隨地測量、記錄和分析人體的活動情況，用戶可以知道跑步步數、游泳圈數、騎車距離、能量消耗和睡眠時間等；而生物傳感器則可以通過動態的、非侵入性測量的方式對心率、血氧飽和度、心電、腦電波等狀況進行連續的、實時的監測，用戶可以實時觀察“健康信號”，及時發現并處理身體出現的異常狀況。

? STM32開發板底板包含一個六軸運動傳感器MPU6050，MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 軸運動處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時之軸間差的問題，減少了安裝空間。MPU6050 內部整合了 3 軸陀螺儀和 3 軸加速度傳感器，并且含有一個第二 IIC 接口，可用于連接外部磁力傳感器，并利用自帶的數字運動處理器（DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通過主 IIC 接口，向應用端輸出完整的 9 軸融合演算數據。有了 DMP，我們可以使用 InvenSense 公司提供的運動處理資料庫，非常方便的實現姿態解算，降低了運動處理運算對操作系統的負荷，同時大大降低了開發難度。

? 運動界面采用物理按鍵觸發進入。在運動界面采用上下滑屏的方式，實現戶外步行、戶外跑步、室內游泳、自由訓練與戶外騎行模式間的切換，上下滑屏的邏輯部分采用C++代碼編寫，五種運動模式，主要實現戶外步行模式的應用。