学霸手表
设计者：
指导老师：
摘
目前穿戴应越越广泛谷歌眼镜家电控制手环运动手表导航手链等等穿戴应已成市场发展热门方文作者单片机STM32F103VET6结合μCGUI图形处理系统设计款学霸手表实现单词记忆课程提醒作业备忘移动U盘日历时钟等功达学生学生活提供更便利服务
文分析系统模块原理基础介绍单片机读取FATFS文件系统单词课程表数加优化显示记录课程数实现性化作业备忘功时实现USB读取SD卡基低功耗特点利陀螺仪检测体手臂摆动实现开关屏幕等
测试正确达实验预设定目标实现单词课程表显示备忘功时实现基表动作识开关屏降低作品功耗特点
关键词：穿戴 单片机 FATFS文件系统 μCGUI 学
Study Watch
Xian Chunye Lin Wenzhou Han Jinpeng
ABSTRACT
At present wearable applied was used more and more widely such as Google glasses appliance control wristbands sports watches bracelets navigation and so on Wearable technology has become a popular direction of market development The authors use the microcontroller STM32F103VET6 and the μCGUI graphics processing system designed a study watch It has the word memory curriculum reminders homework notes U disk calendar clock and other functions Reached to provide more convenient services for student learning and life
Based on the analysis of the basic principle of each module of the system the article describes how to use MCU to read the words and curriculum data from the FATFS file system and optimized display recording the programs data to achieve humane working memo function USB read the SD card can be realized simultaneously based on low power features using gyroscopes to detect the body arm swing to switch screens
After the test it was properly accomplish experiments preset goals can achieve the basic watch and action recognition reduce work power switch screen
Keywords Wearable MCU FATFS File System μCGUI Study
目 录
第章 绪 5
11 产品设计背景 5
12 产品设计意义 6
第章 系统总体设计 6
21 系统总体结构 6
211 功结构 6
212 硬件结构图 7
第三章 系统硬件设计 9
31 电源充电供电设计 9
32 触摸显示电路设计 9
33 USB通讯电路设计 10
34 锂电池电量监测电路设计 10
35 GY521MPU6050陀螺仪模块连接电路设计 11
36 系统PCB设计电路实物图 11
37 3D印外壳设计： 12
第四章 系统软件设计 13
41 显示驱动实现 14
42 μCGUI实现 14
43 FatFs文件系统 15
44 系统软件流程图 16
第五章 系统测试 18
51 系统整机测试 18
511 系统启动测试 18
512 系统设置测试 19
513 课程表显示USB测试 20
52 陀螺仪测试 20
53功耗分析测试 21
第六章 全文总结 22
参 考 文 献 23
第章 绪
11 产品设计背景
作浪兴起科技热潮智穿戴式设备已逐渐发展作穿戴式智设备军中员智手表体积功耗低携带方便功强等优点受青睐成消费市场新宠种传感器引入包括触摸屏智手表跻身手机高端行列
手表轻薄低功耗生活电子产品中脱颖出手表置智化系统搭载智手机系统连接网络实现功电子产品设计中触摸手表代传统键单功丰富强
手机成学生生活代品弊端逐渐突出利手机整天刷朋友圈玩游戏现象日益严重现代学生学生活太赖手机学变没规划手表然没手机样具种聊天工具游戏软件轻薄便携带优点手机代避免娱乐类功加学类功手表优化帮助特学生摆脱手机度赖手表便携性事务处理简便快捷包括接收短信电话查询天气检测身体健康状况等
12 产品设计意义
学生摆脱度赖手机弊病学生活良规划产品设计具单词记忆课程查询功课提醒时钟闹钟移动U盘等相关学功手表体积功耗低产品易接受学生利课余零碎时间记忆单词包括四六级等词汇功课提醒帮助学避免没写作业四处找作业抄尴尬局面移动U盘功更易学生存储携带重文件
产品利微处理器加触摸彩屏显示设计良显示界面简易操作图标设计风格贴手机增加学生手机手表筹码
第章 系统总体设计
21 系统总体结构
211 功结构
根设计思路课题设计学霸手表总体功结构图211示该系统功包括五部分：单词记忆作业备忘课程表查询身U盘时钟闹钟
图211 系统功简介图
1 单词记忆：界面时钟显示会间隔出现单词佩戴者查时间时记住点击单词会进入单词显示界面音标注释中文注释例句解释
2 课程表查询：佩戴者查整星期课程表包括课程容课时间点老师等
3 时钟闹钟：界面时钟显示进入设置界面设置闹钟提醒
4 身U盘：通USB访问部SD卡存储重文件等方便携带
5 作业备忘：通设置交作业时间指定时间会手表会发出震动提醒
212 硬件结构图
实现产品构想功设计硬件总体框图图212示包括五硬件模块：核处理器加速度模块电源供电模块USB读SD卡模块触摸屏显示控制模块
ARM CortexM3
核处理器
STM32F103VET6
电源供电模块
加速度模块
触摸屏显示控制模块
USB读SD卡模块
图b1 系统总体框图
l STM32F103VET6微处理器具处理速度快闪存等优点高频达72MHz三通串口带日历功RTCUSB接口SDIO接口
l 加速度模块选型体积功耗低穿戴者手臂角速度等参数进行测量判断否表姿势
l 触摸显示模块采联詠带触摸彩色液晶屏分辨率176x220采驱动芯片NT39016通FSMCSTM32F103VET6连接外扩触摸控制器XPT2046采SPISTM32F103VET6连接
l 电源37v微型锂电池体积容量优点适产品采锂电池充电理芯片TP4057通USB充电方便佩戴者
l USB接口符合USB20传输协议传输速度快SD卡采容量2G卡通SDIOSTM32F103VET6通信
第三章 系统硬件设计
31 电源充电供电设计
根穿戴式芯片模块供电需求决定37V锂电池作系统供电电源37V锂电池标称电压37V满充电压42伏系统芯片模块工作电压33V低压差高精度低功耗电流33V稳压芯片XC6206进行双芯片联稳压输出电流400mA左右
USB标准生活中户带极方便通USB接口方便设备电池进行充电通USB接口锂电池充电时候需锂电池充电器里选TP4057作充电器芯片
TP4057采恒定电压电流线性控制带电池充电电压固定42V充电电流通外部电阻进行设置37V锂电池满电电压42V锂电池达满电电压时充电电流降低设置电流110时动停止充电输入电压掉时候TP4057进入低电流状态具体电路图图31示
图31 电源设计电路图
32 触摸显示电路设计
设计36线G200T36T电阻式触摸屏分辨率176*22016位RGB接口显示部分STM32F103VET6FSMC存储器扩展技术FSMC处旦设置WRRDDB0DB15等控制线数线FSMC动控制设计A16作读写址触摸部分采XPT2046作触摸芯片SPI传输协议进行STM32间通讯XPT2046款4导线制触摸屏控制器含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼型AD转换器XPT2046支持15V525V低电压IO接口XPT2046通执行两次AD转换查出屏幕位置外测量加触摸屏压力
33 USB通讯电路设计
课题中 USB 模块 PC 机 STM32F103VET6 处理器间提供符合 USB 规范通信连接USB模块够通硬件完成 PC 机数传输户电脑读取操作手表中SD卡传课程表等信息文件
该系统中USB 接口硬件电路较简单硬件电路设计需连接 USB 相关 3条信号线达求[2]具体接口电路图 33 示
图33
图中D1D2分连接供电电路中USB接口D1D2接口D+D分连接STM32F103VET6USB接口：PA12PA11D11K电阻拉USB传输直接进入高速传输状态
34 锂电池电量监测电路设计
系统电量监测STM32VET6芯片部连接ADC1通道1712V参考电压ADC1第10通道电量模拟输入通道采两阻值分1M欧25M欧电阻作分压电阻符合例情况保证精度足够高电压值精确数点两位模拟输入口电压转换公式tempapower*(124098)temp电压值apower模拟输入口模拟量原理图图34示
图34
35 GY521MPU6050陀螺仪模块连接电路设计
MPU6050传感器芯片融合三轴陀螺仪三轴加速度I2C接口供处理器访问MPU6050陀螺仪加速度仪分316位AD转换器采集数数字化输出该模块体积适穿戴式设备STM32进行I2C通信模块实物图片图35(a)接口原理图图35(b)
STM32带I2C总线接口硬件接口传输数稳定模块STM32通普通GPIO口模拟I2C进行数通信MPU6050初始时寄存器进行配置包括陀螺仪采样率检测量范围等参数
图35(a) 图35(b)
36 系统PCB设计电路实物图
作品电路PCB设计分36（a）36（b）实物板36（c）36（d）
36（a）控板PCB设计 36（b）触摸屏驱动板PCB
226（c） 控板实物图 226（d）触摸屏驱动板实物图
37 3D印外壳设计：
实现作品完整性三维制图软件solidworks绘制手表外壳三维图3D印机印出外壳总长度5722mm总宽458mm总高189mm分底盘盖两部分底盘三维设计图图371图372盖三维设计图图373图374
solidworks软件世界第基Windows开发三维CAD系统功强易学易技术创新三特点CAD届处领先流位3D印机属民级印机印定位误差百分零点五厚度误差01mm厚度09mm材料塑胶
图371 图372底盘三维图
图373 图374 盖三维图
第四章 系统软件设计
41 显示驱动实现
文中STM32F103VET6利FSMC(Flexible StaticMemory Controller)接口驱动显示电路FSMC接口种总线接口4专片选信号访问4NORNAND闪存SRAM存储设备[1]设计统采存储块1(Bank1)作数控制区域基址0x60000000开始显示芯片数命令选择信号接FSMC_A16LCD指令址数址定义：
#define Bank1_LCD_C ((uint32)0x60010000) 数
#define Bank1_LCD_D ((uint32)0x60000000) 指令
根显示芯片SSD1963指令集编写基础画点画线画矩形函数便作uCGUI基础软件触摸屏驱动芯片XPT2046SPI口分读出触摸点x轴y轴数
4．2 μCGUI实现
μCGUI种嵌入式应中图形支持系统设计LCD图形显示应提供高效独立处理器LCD控制器图形户接口适单务务系统环境 适意LCD控制器CPU尺寸真实显示虚拟显示设计架构模块化模块中层组成μCGUI软件构架图421 字体
文
图形
数值
μCGUI应程序
μCGUI函数库
μCGUI基函数
LCD底层驱动
图421 μCGUI软件构架
设计中通调μCGUI提供窗口显示函数实现定功控件包括键文话框等进行设置绘制显示出种图形[3]利触摸屏实现键实时简易操作键触发流程图422利文显示控件特定文字显示屏幕实现良机互动
读取屏幕坐标
键回调函数
户定义
回调函数
键信息
作出处理
图422 键触发流程
43 FatFs文件系统
文件系统操作系统明确磁盘分区文件方法数结构磁盘组织文件方法指存储文件磁盘分区文件系统种类操作系统中负责理存储文件信息软件机构称文件理系统简称文件系统文件系统三部分组成：文件理关软件理文件实施文件理需数结构系统角度文件系统文件存储器空间进行组织分配负责文件存储存入文件进行保护检索系统具体说负责户建立文件存入读出修改转储文件控制文件存取户时撤销文件等FatFS通文件系统模块型嵌入式系统中实现FAT文件系统FatFs编写遵循ANSIC赖硬件台嵌入便宜微控制器中8051PICAVRSHZ80H8ARM等等需做修改[4]结构图43：
应层
FATFS模块
Disk IO接口
实时时钟
图43 FatFs结构图
特点：
1） 兼容windowsFAT系统
2） 独立硬件台移植方便
3） 非常软件封装
4） 支持长文件名SBCSDBCS者Unicode
5） 支持RTOS实时操作系统
6） 支持块起操作
7） APIIO缓存
44 系统软件流程图
根设计需程序部分分四判断务：USB判断触摸判断闹钟判断手势判断系统务关联图44
应程序开始
IAP检测否系统升级
SD卡读取升级文件进行系统更新
初始化系统（TFT触摸液晶屏SD卡GUI图型支持系统陀螺仪模块USB）
菜单显示
否插入USB
否触摸屏幕
闹钟时间匹配
否抬手
关闭屏幕
文件传输
进入功菜单
震动提醒
显示屏幕
应程序结束
图44 系统务关联示意图
第五章 系统测试
51 系统整机测试
511 系统启动测试
系统开机程首先SD卡目录行扫描果检测命名APPbin系统升 级文件行系统更新更新界面图5111示
启动完成系统进入时钟界面界面包括时钟四六级单词闹钟状态 电池容量信息界面图5112示
触摸时钟界面进入系统菜单图5113示
图5111 系统更新程 图5112 时钟界面
图5121系统菜单界面
512 系统设置测试
系统菜单点击设置进入设置菜单中包括系统时间设置黑屏时间设置
系统菜单界面设置菜单时间设置黑屏设置分图5121512251235124示
图5121 设置菜单 图5123 时间设置
图5123 黑屏设置
513 课程表显示USB测试
菜单点击课程表菜单进入课程表显示界面图5131示
连接电脑手表时电脑识手表USB接口实现电脑访问手表SD卡增添删操作图5132显示电脑连接手表成功
图5131 课程表显示 图5132 USB连接示意图
52 陀螺仪测试
通轮训读取陀螺仪XYZ轴方加速度值利读加速度AD值通公式（521）（522）（523）求三轴偏转角速度进通测量转换角速度判断否进入休眠状态
（521）
（522）
（523）
分代表XYZ轴偏转角分代表加速度模块测量换算角度值
通举手表动作测试出三轴加速度三轴角度数表52（该数测试中次较典型数值）发现动作全程中Z轴加速度Y轴角度变化明显程序处理中会额外关注两值
表52
时间（s）
X轴加速度
Y轴加速度
Z轴加速度
X轴角度
Y轴角度
Z轴角度
02
01098
00967
09762
73419
89056
10452
04
01120
01023
09089
79803
145604
23067
06
01189
01347
08006
83901
286873
89358
08
01078
01028
06905
90285
409367
120943
10
01257
01107
06006
93908
728605
133241
12
01987
01154
05305
99056
905438
152943
14
01067
01104
06789
120956
970453
198945
16
01134
01023
07390
140769
1049342
240743
18
01037
01052
08994
189762
1207834
257643
53功耗分析测试
实验中采直流稳压电源样机提供5V直流电压实验程中详细记录设备否开启屏幕电流电流直流稳压器直接读出状态电流数进行数学统计分析表53实验数
表53 实验测试结果
状态
电流（mA）
值
典型值
值
开启屏幕
85
90
105
关闭屏幕
42
48
62
第六章 全文总结
着文化水普遍提高学生四六级英语考证难度相应增加学学方法学辅助设备需求越越文研究种基STM32F103VET6针四六级英语学学型智手表满足学学需
． 该手表设计特点：
l 时钟界面开辟单词窗口学利时间时候记忆单词充分利时间日积月累够学记住量词汇
l 手表词汇记忆时间查功时课程表课程提醒作业提醒等性化辅助功
l 设置USB通信接口户USB线通该接口连接电脑手表通电脑移动存储设备方式直接操作手表2G SD卡传课程表等信息文件
l 电路简单成低廉系统采STM32F103VET6作控CPU该芯片外围接口资源丰富降低硬件设计成时降低设备功耗
l 系统设计中运卡刷升级方式系统升级更加方便
二．整项目制作程中做工作：
l 学关四六级学需求进行口头调查调查结果进行讨分析制定系统项功
l 讨决定全触屏操作方式完成芯片选型工作完成初步调试电路设计测试电路板制作
l 搭建起性化UI界面收集完成图标应图案构思功图标应关系
l 完成系统整体硬件设计包括控 CPU 选型外围电路设计模块选接口电路设计触摸显示屏接口电路设计电源电路设计等搭建套完整硬件台
l 完成测试电路完整电路程序移植完成项参数测试
三． 创新性说明：
创新点1：作品提供日常手表功外增加单词记忆功令者时间时记忆单词
创新点2：作品增加课程表功时方便轻松查课程表
创新点3：课程作业提醒功设定作业提交时间天设定时间者进行提醒更提交作业节课程前提醒携带课程作业课
参 考 文 献
[1] 杨显强田远富 嵌入式系统中LCD驱动实现原理[J] 日电子2005(6)6567
[2] 萧世文USB20硬件设计清华学出版社2002年12月版
[3] Micrium μCGUI 390中文手册[EBOL] [201204] httpmicriumcom
[4] ChaN ELMFAT File System Module[EBOL] httpelmchanorgfswff00index_ehtml
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摘
目前穿戴应越越广泛谷歌眼镜家电控制手环运动手表导航手链等等穿戴应已成市场发展热门方文作者单片机STM32F103VET6结合μCGUI图形处理系统设计款学霸手表实现单词记忆课程提醒作业备忘移动U盘日历时钟等功达学生学生活提供更便利服务
文分析系统模块原理基础介绍单片机读取FATFS文件系统单词课程表数加优化显示记录课程数实现性化作业备忘功时实现USB读取SD卡基低功耗特点利陀螺仪检测体手臂摆动实现开关屏幕等
测试正确达实验预设定目标实现单词课程表显示备忘功时实现基表动作识开关屏降低作品功耗特点
关键词：穿戴 单片机 FATFS文件系统 μCGUI 学
Study Watch
Xian Chunye Lin Wenzhou Han Jinpeng
ABSTRACT
At present wearable applied was used more and more widely such as Google glasses appliance control wristbands sports watches bracelets navigation and so on Wearable technology has become a popular direction of market development The authors use the microcontroller STM32F103VET6 and the μCGUI graphics processing system designed a study watch It has the word memory curriculum reminders homework notes U disk calendar clock and other functions Reached to provide more convenient services for student learning and life
Based on the analysis of the basic principle of each module of the system the article describes how to use MCU to read the words and curriculum data from the FATFS file system and optimized display recording the programs data to achieve humane working memo function USB read the SD card can be realized simultaneously based on low power features using gyroscopes to detect the body arm swing to switch screens
After the test it was properly accomplish experiments preset goals can achieve the basic watch and action recognition reduce work power switch screen
Keywords Wearable MCU FATFS File System μCGUI Study
目 录
第章 绪 5
11 产品设计背景 5
12 产品设计意义 6
第章 系统总体设计 6
21 系统总体结构 6
211 功结构 6
212 硬件结构图 7
第三章 系统硬件设计 9
31 电源充电供电设计 9
32 触摸显示电路设计 9
33 USB通讯电路设计 10
34 锂电池电量监测电路设计 10
35 GY521MPU6050陀螺仪模块连接电路设计 11
36 系统PCB设计电路实物图 11
37 3D印外壳设计： 12
第四章 系统软件设计 13
41 显示驱动实现 14
42 μCGUI实现 14
43 FatFs文件系统 15
44 系统软件流程图 16
第五章 系统测试 18
51 系统整机测试 18
511 系统启动测试 18
512 系统设置测试 19
513 课程表显示USB测试 20
52 陀螺仪测试 20
53功耗分析测试 21
第六章 全文总结 22
参 考 文 献 23
第章 绪
11 产品设计背景
作浪兴起科技热潮智穿戴式设备已逐渐发展作穿戴式智设备军中员智手表体积功耗低携带方便功强等优点受青睐成消费市场新宠种传感器引入包括触摸屏智手表跻身手机高端行列
手表轻薄低功耗生活电子产品中脱颖出手表置智化系统搭载智手机系统连接网络实现功电子产品设计中触摸手表代传统键单功丰富强
手机成学生生活代品弊端逐渐突出利手机整天刷朋友圈玩游戏现象日益严重现代学生学生活太赖手机学变没规划手表然没手机样具种聊天工具游戏软件轻薄便携带优点手机代避免娱乐类功加学类功手表优化帮助特学生摆脱手机度赖手表便携性事务处理简便快捷包括接收短信电话查询天气检测身体健康状况等
12 产品设计意义
学生摆脱度赖手机弊病学生活良规划产品设计具单词记忆课程查询功课提醒时钟闹钟移动U盘等相关学功手表体积功耗低产品易接受学生利课余零碎时间记忆单词包括四六级等词汇功课提醒帮助学避免没写作业四处找作业抄尴尬局面移动U盘功更易学生存储携带重文件
产品利微处理器加触摸彩屏显示设计良显示界面简易操作图标设计风格贴手机增加学生手机手表筹码
第章 系统总体设计
21 系统总体结构
211 功结构
根设计思路课题设计学霸手表总体功结构图211示该系统功包括五部分：单词记忆作业备忘课程表查询身U盘时钟闹钟
图211 系统功简介图
1 单词记忆：界面时钟显示会间隔出现单词佩戴者查时间时记住点击单词会进入单词显示界面音标注释中文注释例句解释
2 课程表查询：佩戴者查整星期课程表包括课程容课时间点老师等
3 时钟闹钟：界面时钟显示进入设置界面设置闹钟提醒
4 身U盘：通USB访问部SD卡存储重文件等方便携带
5 作业备忘：通设置交作业时间指定时间会手表会发出震动提醒
212 硬件结构图
实现产品构想功设计硬件总体框图图212示包括五硬件模块：核处理器加速度模块电源供电模块USB读SD卡模块触摸屏显示控制模块
ARM CortexM3
核处理器
STM32F103VET6
电源供电模块
加速度模块
触摸屏显示控制模块
USB读SD卡模块
图b1 系统总体框图
l STM32F103VET6微处理器具处理速度快闪存等优点高频达72MHz三通串口带日历功RTCUSB接口SDIO接口
l 加速度模块选型体积功耗低穿戴者手臂角速度等参数进行测量判断否表姿势
l 触摸显示模块采联詠带触摸彩色液晶屏分辨率176x220采驱动芯片NT39016通FSMCSTM32F103VET6连接外扩触摸控制器XPT2046采SPISTM32F103VET6连接
l 电源37v微型锂电池体积容量优点适产品采锂电池充电理芯片TP4057通USB充电方便佩戴者
l USB接口符合USB20传输协议传输速度快SD卡采容量2G卡通SDIOSTM32F103VET6通信
第三章 系统硬件设计
31 电源充电供电设计
根穿戴式芯片模块供电需求决定37V锂电池作系统供电电源37V锂电池标称电压37V满充电压42伏系统芯片模块工作电压33V低压差高精度低功耗电流33V稳压芯片XC6206进行双芯片联稳压输出电流400mA左右
USB标准生活中户带极方便通USB接口方便设备电池进行充电通USB接口锂电池充电时候需锂电池充电器里选TP4057作充电器芯片
TP4057采恒定电压电流线性控制带电池充电电压固定42V充电电流通外部电阻进行设置37V锂电池满电电压42V锂电池达满电电压时充电电流降低设置电流110时动停止充电输入电压掉时候TP4057进入低电流状态具体电路图图31示
图31 电源设计电路图
32 触摸显示电路设计
设计36线G200T36T电阻式触摸屏分辨率176*22016位RGB接口显示部分STM32F103VET6FSMC存储器扩展技术FSMC处旦设置WRRDDB0DB15等控制线数线FSMC动控制设计A16作读写址触摸部分采XPT2046作触摸芯片SPI传输协议进行STM32间通讯XPT2046款4导线制触摸屏控制器含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼型AD转换器XPT2046支持15V525V低电压IO接口XPT2046通执行两次AD转换查出屏幕位置外测量加触摸屏压力
33 USB通讯电路设计
课题中 USB 模块 PC 机 STM32F103VET6 处理器间提供符合 USB 规范通信连接USB模块够通硬件完成 PC 机数传输户电脑读取操作手表中SD卡传课程表等信息文件
该系统中USB 接口硬件电路较简单硬件电路设计需连接 USB 相关 3条信号线达求[2]具体接口电路图 33 示
图33
图中D1D2分连接供电电路中USB接口D1D2接口D+D分连接STM32F103VET6USB接口：PA12PA11D11K电阻拉USB传输直接进入高速传输状态
34 锂电池电量监测电路设计
系统电量监测STM32VET6芯片部连接ADC1通道1712V参考电压ADC1第10通道电量模拟输入通道采两阻值分1M欧25M欧电阻作分压电阻符合例情况保证精度足够高电压值精确数点两位模拟输入口电压转换公式tempapower*(124098)temp电压值apower模拟输入口模拟量原理图图34示
图34
35 GY521MPU6050陀螺仪模块连接电路设计
MPU6050传感器芯片融合三轴陀螺仪三轴加速度I2C接口供处理器访问MPU6050陀螺仪加速度仪分316位AD转换器采集数数字化输出该模块体积适穿戴式设备STM32进行I2C通信模块实物图片图35(a)接口原理图图35(b)
STM32带I2C总线接口硬件接口传输数稳定模块STM32通普通GPIO口模拟I2C进行数通信MPU6050初始时寄存器进行配置包括陀螺仪采样率检测量范围等参数
图35(a) 图35(b)
36 系统PCB设计电路实物图
作品电路PCB设计分36（a）36（b）实物板36（c）36（d）
36（a）控板PCB设计 36（b）触摸屏驱动板PCB
226（c） 控板实物图 226（d）触摸屏驱动板实物图
37 3D印外壳设计：
实现作品完整性三维制图软件solidworks绘制手表外壳三维图3D印机印出外壳总长度5722mm总宽458mm总高189mm分底盘盖两部分底盘三维设计图图371图372盖三维设计图图373图374
solidworks软件世界第基Windows开发三维CAD系统功强易学易技术创新三特点CAD届处领先流位3D印机属民级印机印定位误差百分零点五厚度误差01mm厚度09mm材料塑胶
图371 图372底盘三维图
图373 图374 盖三维图
第四章 系统软件设计
41 显示驱动实现
文中STM32F103VET6利FSMC(Flexible StaticMemory Controller)接口驱动显示电路FSMC接口种总线接口4专片选信号访问4NORNAND闪存SRAM存储设备[1]设计统采存储块1(Bank1)作数控制区域基址0x60000000开始显示芯片数命令选择信号接FSMC_A16LCD指令址数址定义：
#define Bank1_LCD_C ((uint32)0x60010000) 数
#define Bank1_LCD_D ((uint32)0x60000000) 指令
根显示芯片SSD1963指令集编写基础画点画线画矩形函数便作uCGUI基础软件触摸屏驱动芯片XPT2046SPI口分读出触摸点x轴y轴数
4．2 μCGUI实现
μCGUI种嵌入式应中图形支持系统设计LCD图形显示应提供高效独立处理器LCD控制器图形户接口适单务务系统环境 适意LCD控制器CPU尺寸真实显示虚拟显示设计架构模块化模块中层组成μCGUI软件构架图421 字体
文
图形
数值
μCGUI应程序
μCGUI函数库
μCGUI基函数
LCD底层驱动
图421 μCGUI软件构架
设计中通调μCGUI提供窗口显示函数实现定功控件包括键文话框等进行设置绘制显示出种图形[3]利触摸屏实现键实时简易操作键触发流程图422利文显示控件特定文字显示屏幕实现良机互动
读取屏幕坐标
键回调函数
户定义
回调函数
键信息
作出处理
图422 键触发流程
43 FatFs文件系统
文件系统操作系统明确磁盘分区文件方法数结构磁盘组织文件方法指存储文件磁盘分区文件系统种类操作系统中负责理存储文件信息软件机构称文件理系统简称文件系统文件系统三部分组成：文件理关软件理文件实施文件理需数结构系统角度文件系统文件存储器空间进行组织分配负责文件存储存入文件进行保护检索系统具体说负责户建立文件存入读出修改转储文件控制文件存取户时撤销文件等FatFS通文件系统模块型嵌入式系统中实现FAT文件系统FatFs编写遵循ANSIC赖硬件台嵌入便宜微控制器中8051PICAVRSHZ80H8ARM等等需做修改[4]结构图43：
应层
FATFS模块
Disk IO接口
实时时钟
图43 FatFs结构图
特点：
1） 兼容windowsFAT系统
2） 独立硬件台移植方便
3） 非常软件封装
4） 支持长文件名SBCSDBCS者Unicode
5） 支持RTOS实时操作系统
6） 支持块起操作
7） APIIO缓存
44 系统软件流程图
根设计需程序部分分四判断务：USB判断触摸判断闹钟判断手势判断系统务关联图44
应程序开始
IAP检测否系统升级
SD卡读取升级文件进行系统更新
初始化系统（TFT触摸液晶屏SD卡GUI图型支持系统陀螺仪模块USB）
菜单显示
否插入USB
否触摸屏幕
闹钟时间匹配
否抬手
关闭屏幕
文件传输
进入功菜单
震动提醒
显示屏幕
应程序结束
图44 系统务关联示意图
第五章 系统测试
51 系统整机测试
511 系统启动测试
系统开机程首先SD卡目录行扫描果检测命名APPbin系统升 级文件行系统更新更新界面图5111示
启动完成系统进入时钟界面界面包括时钟四六级单词闹钟状态 电池容量信息界面图5112示
触摸时钟界面进入系统菜单图5113示
图5111 系统更新程 图5112 时钟界面
图5121系统菜单界面
512 系统设置测试
系统菜单点击设置进入设置菜单中包括系统时间设置黑屏时间设置
系统菜单界面设置菜单时间设置黑屏设置分图5121512251235124示
图5121 设置菜单 图5123 时间设置
图5123 黑屏设置
513 课程表显示USB测试
菜单点击课程表菜单进入课程表显示界面图5131示
连接电脑手表时电脑识手表USB接口实现电脑访问手表SD卡增添删操作图5132显示电脑连接手表成功
图5131 课程表显示 图5132 USB连接示意图
52 陀螺仪测试
通轮训读取陀螺仪XYZ轴方加速度值利读加速度AD值通公式（521）（522）（523）求三轴偏转角速度进通测量转换角速度判断否进入休眠状态
（521）
（522）
（523）
分代表XYZ轴偏转角分代表加速度模块测量换算角度值
通举手表动作测试出三轴加速度三轴角度数表52（该数测试中次较典型数值）发现动作全程中Z轴加速度Y轴角度变化明显程序处理中会额外关注两值
表52
时间（s）
X轴加速度
Y轴加速度
Z轴加速度
X轴角度
Y轴角度
Z轴角度
02
01098
00967
09762
73419
89056
10452
04
01120
01023
09089
79803
145604
23067
06
01189
01347
08006
83901
286873
89358
08
01078
01028
06905
90285
409367
120943
10
01257
01107
06006
93908
728605
133241
12
01987
01154
05305
99056
905438
152943
14
01067
01104
06789
120956
970453
198945
16
01134
01023
07390
140769
1049342
240743
18
01037
01052
08994
189762
1207834
257643
53功耗分析测试
实验中采直流稳压电源样机提供5V直流电压实验程中详细记录设备否开启屏幕电流电流直流稳压器直接读出状态电流数进行数学统计分析表53实验数
表53 实验测试结果
状态
电流（mA）
值
典型值
值
开启屏幕
85
90
105
关闭屏幕
42
48
62
第六章 全文总结
着文化水普遍提高学生四六级英语考证难度相应增加学学方法学辅助设备需求越越文研究种基STM32F103VET6针四六级英语学学型智手表满足学学需
． 该手表设计特点：
l 时钟界面开辟单词窗口学利时间时候记忆单词充分利时间日积月累够学记住量词汇
l 手表词汇记忆时间查功时课程表课程提醒作业提醒等性化辅助功
l 设置USB通信接口户USB线通该接口连接电脑手表通电脑移动存储设备方式直接操作手表2G SD卡传课程表等信息文件
l 电路简单成低廉系统采STM32F103VET6作控CPU该芯片外围接口资源丰富降低硬件设计成时降低设备功耗
l 系统设计中运卡刷升级方式系统升级更加方便
二．整项目制作程中做工作：
l 学关四六级学需求进行口头调查调查结果进行讨分析制定系统项功
l 讨决定全触屏操作方式完成芯片选型工作完成初步调试电路设计测试电路板制作
l 搭建起性化UI界面收集完成图标应图案构思功图标应关系
l 完成系统整体硬件设计包括控 CPU 选型外围电路设计模块选接口电路设计触摸显示屏接口电路设计电源电路设计等搭建套完整硬件台
l 完成测试电路完整电路程序移植完成项参数测试
三． 创新性说明：
创新点1：作品提供日常手表功外增加单词记忆功令者时间时记忆单词
创新点2：作品增加课程表功时方便轻松查课程表
创新点3：课程作业提醒功设定作业提交时间天设定时间者进行提醒更提交作业节课程前提醒携带课程作业课
参 考 文 献
[1] 杨显强田远富 嵌入式系统中LCD驱动实现原理[J] 日电子2005(6)6567
[2] 萧世文USB20硬件设计清华学出版社2002年12月版
[3] Micrium μCGUI 390中文手册[EBOL] [201204] httpmicriumcom
[4] ChaN ELMFAT File System Module[EBOL] httpelmchanorgfswff00index_ehtml
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