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STM2F411智能手环设计

最近闲来无事就想制作一款智能手环，为此我直接从网上找到一个开源项目OV-Watch。这里我们就以这个开源项目为例进行介绍，从最初的电路原理图绘制，到PCB打样焊接，到最后的程序编写烧录测试。

由于该开源项目包含了若干个版本，这里我们在复刻的时候以当前最新版本为例，即V2.4版本。

一、思考

我们要设计一款智能手环，我们通常需要经历如下几个步骤：

  • 市场需求调研，调研市场上销量比较高（受大众欢迎）的产品一般都具备哪些功能；
  • 技术方案预言，调研目前智能手环通常采用的硬件以及软件设计方案。

1.1 功能需求

设计一款智能手环涉及的功能多种多样，通常涵盖健康监测、运动跟踪、通知提醒、以及与手机的连接等功能。

1.1.1 健康监测功能
  • 心率监测：通过光学传感器（PPG，光电容积脉搏波传感器）测量佩戴者的心率；
  • 血氧监测：利用光学传感器测量血氧饱和度（SpO2）；
  • 睡眠监测：通过加速度计和陀螺仪结合算法来监测睡眠阶段（深睡、浅睡等）；
  • 压力监测：通过心率变异性分析来估算压力水平；
  • 体温监测：一些高级手环可以监测体温变化；
  • 步态监测：检测步伐和运动模式，帮助记录步数、运动量。
1.1.2 运动跟踪
  • 运动模式：支持跑步、骑行、游泳、登山等不同运动模式，并能记录运动数据；
  • GPS路径记录：使用内置GPS模块记录运动路径，或通过蓝牙与手机共享GPS数据.
1.1.3 通知提醒功能
  • 来电、短信、应用通知提醒：通过与手机的蓝牙连接，接收来电、短信、社交应用的提醒；
  • 振动提醒：当有通知时，通过内置的振动电机进行提醒。
1.1.4 电池管理
  • 低功耗：智能手环通常要求长时间待机，因此需要高效的电池管理系统，确保电池能够支持长时间使用；
  • 快速充电：支持快速充电技术，减少充电时间。
1.1.5 用户交互
  • 触摸屏：手环通常会有触摸屏，用于显示信息和交互；
  • 按键或触控感应：提供一定的物理按键或触摸控制功能；
  • 语音助手：部分高端手环可能内置语音助手，支持语音控制。
1.1.6 蓝牙连接
  • 手机同步：通过蓝牙与智能手机同步数据，查看运动、健康数据，接收通知等。
  • 蓝牙低能耗 (BLE)：为了延长电池使用寿命，智能手环通常会使用BLE协议来降低功耗。

1.2 硬件组成

要实现这些功能，智能手环通常需要以下硬件组件；

1.2.1 MCU/SoC
  • 功能：作为智能手环的大脑，处理各种传感器数据，控制其他硬件模块；
  • 推荐芯片：低功耗的微控制器（如STMicroelectronics STM32系列、Nordic Semiconductor nRF52系列、Qualcomm Snapdragon Wear系列）或专用的SoC（如高通骁龙Wear系列）。这些芯片支持BLE、低功耗设计，适合穿戴设备；
1.2.2 传感器模块
  • 心率监测：光电容积脉搏波传感器（PPG）。常用的芯片如Maxim Integrated的MAX30100/30102，Lando的EM7028、AMS的AS7050等；
  • 血氧监测：PPG传感器也用于血氧监测（SpO2）。如前所述的MAX30100、EM7028也可用于血氧检测；
  • 温度/测量：用于检测环境的温度和湿度。常见的芯片有 Aosong Electronics的AHT20/AHT21；
  • 海拔测量：用于测量大气压。常见的芯片有Sensirion的SPL06、Bosch Sensortec的BMP180；
  • 运动跟踪：
    • 加速度计和陀螺仪：用于测量佩戴者的运动和姿势。常见的芯片有：InvenSense的MPU6050（6轴传感器），STMicroelectronics的LSM6DSOX（6轴传感器），Bosch Sensortec的BNO055（9轴传感器）等；
    • GPS模块：对于需要高精度位置追踪的手环，可以使用GPS芯片，如u-blox NEO-M8N或MediaTek 的 MT3333；
    • 压力传感器：例如Bosch Sensortec的BMP280，用于监测气压和压力水平。
1.2.3 显示屏
  • OLED/LCD显示屏：许多智能手环使用OLED显示屏，因为它们能提供清晰、节能的显示效果；
  • 屏幕控制芯片：例如，SSD1306控制器，用于驱动OLED显示器。
1.2.4 电池和充电管理
  • 锂电池：大多数智能手环使用小型锂电池，容量一般在100mAh到500mAh之间，具体视续航需求而定；
  • 充电管理IC：如Texas Instruments的BQ24195、南京拓微的TP4056M，用于电池充电和管理；
  • 低功耗设计：优化电池的续航，利用低功耗MCU、屏幕和传感器设计，以及高效的电源管理模块。
1.2.5 振动电机
  • 功能：用于振动提醒功能；
  • 推荐：使用小型的LRA（线性振动执行器）或ERM（偏心旋转质量振动执行器）。
1.2.6 蓝牙模块
  • 功能：支持蓝牙低能耗（BLE）协议，进行数据同步、通知提醒等功能；
  • 推荐芯片：如Nordic Semiconductor的nRF52840、Broadcom的BCM43438、Keen High Electronics的KT6368A 。
1.2.7 外壳与传感器窗口
  • 功能：提供坚固的外壳保护，同时确保传感器的有效工作（如心率传感器需要透光设计）；
  • 材料：常用的外壳材料有塑料、铝合金、陶瓷等，传感器窗口通常使用透明的塑料或玻璃。

二、OV-Watch简介

OV-Watch项目制作的是一个基于STM32F411CUE6和FreeRTOS和LVGL的低成本的超多功能的STM32智能手环。

img

其实现了日历、计算器、秒表、NFC、蓝牙无线升级、与手机传信息、抬腕亮屏、心率检测、环境温湿度检测、指南针、海拔测量等功能。

  1. 电源部分：手环使用的是3.7V锂电池，通过TPS63020（升压-降压转换器）提供3V3电源，V2.2版本之后，充电口留了两个焊盘，用来接触磁吸充电口；
    • 特别注意，V2.0版本使用的无线充电，使用了芯片T3168，但是用无线充电的话，加上线圈和多的器件，体积就非常大了，同时还有散热问题；
  2. 蓝牙部分：
    • V2.2用的是HC-04（邮票孔封装）；
    • V2.3版本改成了用国产芯片KT6328A；
    • V2.4换成了KT6368A；
  3. NFC部分：
    • V2.0版本的IC卡复制器模块介绍详见：https://oshwhub.com/no_chicken/ICka-fu-zhi-qi；
    • V2.2版本为了精简减小体积，仅有UID卡，可以被外部读卡器读写。而在V2.0版本中，用的是RC522和一张UID卡组成的，可以自行复制外部IC卡，然后也可以被外部读卡器读写如下图所示：
img

2.1 系统组成

系统框图如下所示：

其中：

  • 主控使用STM32F411CEU6；
  • 操作系统使用FreeRTOS；
  • 图形库使用的LVGL；
  • 传感器部分：手势识别使用6轴MPU6050；
  • 心率血氧使用的是EM7028；
  • 海拔测量用的气压计SPL06-001；
  • 电子指南针使用LSM303DLHC；
  • 蓝牙芯片换成了KT6368A（V2.4版本），有SPP功能，支持无线升级。

2.2 软件框架

智能手环的软件架构如下所示：

img

三、电路原理图设计

电路原理图分为两部分，核心板和背板，我们首先放上完整的原理图：

注意：这里没有KT6368A电路原理图，这个下面我们单独介绍。

3.1 供电部分（TPS63020）

供电部分采用TPS63020芯片；

BAT(H2位置)连接的是3.7V锂电池，作为TPS63020芯片VIN(10、11)引脚的输入；

当我们长按SW2按键，二极管D4导通（压降0.5~0.7V），TPS_EN输出高电平，即TPS63020芯片（12引脚输入高电平），芯片使能，VOUT输出3.3V电压，STM32F411CEU6开始工作；

此外：

  • WEAK连接到了STM32F411CEU6的PA4引脚，SW2按键按下，PA4为高电平，否则为低电平；
  • POWER_EN连接到了STM32F411CEU6的PA3引脚；因此我们可以在STM32F411CEU6工作之后，通过PA3引脚输出高电平，二极管D5导通（压降0.5~0.7V），TPS_EN输出高电平，从而维持TPS63020芯片时钟处于使能状态。
3.1.1 功能介绍

供电部分使用了TPS63020， TPS63020设备为由双电池或三电池碱性、镍镉或镍氢电池、单电池锂离子或锂聚合物电池、超级电容器或其他供电轨供电的产品提供电源解决方案；

  • 输入电压：1.8V-5.5V；
  • 可调整的输出电压1.2V-5.5V；
  • 输出电流：当输入电压大于2.5V时，输出电压为3.3V时，电流2A；
  • 转换效率高：工作静态电流：25µA ，带模式选择的节能模式；
  • 平均电流模式buck-boost转换：模式之间的自动转换；
  • 安全可靠的操作特性：具有过热、过压保护，停机期间断开负载回路。

TPS63020的输入在1.8~5.5V，输出可固定，这就特别适合电池放电了，因为随着电池的放电，电压是会下降的，使用该芯片，就能够提高电池的效率，尽可能的榨干电池电量。

3.1.2 引脚介绍

TPS63020一共14个引脚：

  • EN使能引脚（12）：启用输入（1启用，0禁用）不能为悬空状态
  • FB可调版本的电压反馈（3）：必须连接到固定输出电压版本的VOUT；
  • GND（2）：控制逻辑接地；
  • L1（8、9）：电感器连接；
  • L2（6、7）：电感器连接；
  • PG（14）：输出功率良好（1良好，0故障；漏极开路），可以保持打开状态；
  • PGND（15）：电源接地；
  • PS/SYNC（13）：启用/禁用省电模式（1禁用，0启用，同步时钟信号）不能为悬空状态；
  • VIN（10、11）：输入电压；
  • VINA（1）：控制级电源电压；
  • VOUT（4、5）：buck-boost变换器输出。
3.1.3 Power save模式

这个芯片工作由两种模式：

  • 正常工作模式：该工作模式下，新芯片的工作频率比较高，所以带载能力强，可以最大到4A;
  • Power save模式：该芯片的工作频率会降低，带载能力降低，不超过100mA；

正常工作模式下，这个芯片的待机电流能达到7~8mA，这个对于电池供电设备来说，等到切换到Power save模式下，该芯片的静态功耗可以降低到25uA左右（参考《TPS63020-电池升降压芯片及静态电流7~8mA原因》）。

Power save模式的切换，是通过拉低PS/SYNC引脚，置该引脚为低电平即可。该引脚如果悬空或者置高电平，芯片处于正常运行模式。

应用步骤：

① CPU上电后，PS/SYNC引脚应置为高电平或悬空，此时芯片处于正常模式，CPU也处于正常功耗模式。

② CPU完成主要功能后，即将进入低功耗模式（还未进入）前，设定PS/SYNC引脚为低电平，芯片进入Power save模式；

③ CPU进入低功耗模式。

④ CPU被唤醒，退出低功耗模式后，先不要进行主要功能，因为主要功能可能很耗电（大于100mA），需要先设定PS/SYNC引脚为高电平，使芯片退出Power save模式，进入正常模式。

⑤ CPU运行主要功能，运行完成后，再跳转到步骤②，以此类推， 循环执行。

不过如果你看我们这个电路图设计，你会发现PS/SYNC引脚直接被设置为了低电平，也就是说芯片工作在Power save模式。

3.1.4 输出电压计算

TPS63020输出电压由外部电阻分压器设置。电阻分压器必须连接在VOUT、FB和GND之间。反馈电压VFB为500 mV标准值
，低压侧电阻器R13（FB和GND之间）必须保持在200k的范围内；

\[VOUT = (\frac{R_{12}}{R_{13}} + 1) \times VFB \]

由于R12为1MΩ，R13为v180KΩ，所以VOUT=3.3V，所以电路原理图中VOUT输出连接到3.3V。

3.2 充电部分（TP4056M）

充电部分使用TP4056M， 用于给标准3.7V锂电池充电， 输入为5V，接口通过过孔连接到Back的两个焊盘, 对应2.84mm磁吸线的两个触点， 一个+5V一个GND， 该芯片具体的外围电路设计可以详见手册；

VIN输入电压为5V，经过A7整流二极管，它的正向导通电压通常在0.7V左右，则到VBUS电压大概为4.3V.

VBUS连接到TP4056M的VCC（4）引脚，用于给该芯片供电。

右侧连接的两个发光二极管为充电状态指示灯；

  • CHRG（7）连接的指示灯通常为红色，表示正处于充电状态；
  • STDBY（6）连接的指示灯通常为绿色，表示充电完成。

BAT（5）引脚为输出引脚，连接锂电池正极。

3.3 LCD（P169H002-CT）

核心板可以外接SPI通信的LCD屏；

这里我们将MCU侧的引脚列出来：

STM32F411CEU6 AFC01-S18FCA-00
PA15 TP_RST
PB4 TP_SDA
PB6 TP_SCL
PB7 LCD_RST
PB5 LCD_MOSI
PB3 LCD_CLK
PB8 LCD_CS
PB9 LCD_DC
PB0 LCD_BLK

比如这里可以外接P169H002-CTP电容触摸屏；

引脚定义如下：

需要注意的是：LCD引脚和电路原理图中的引脚顺序是反过来的。

3.4 EEPROM（BL24C02F）

BL24C02F提供2048比特串行电可擦写存储器，组成256个字节，每页16个字节，共16页，其采用I2C通信；

这里我们将MCU侧的引脚列出来：

STM32F411CEU6 BL24C02F
PA12 PROM_SCL
PA11 PROM_SDA

3.5 背板I2C总线

背板原理图上使用了大量的传感器模块，主要通过I2C总线与各个I2C传感器通信；

3.5.1 MPU6050

MPU6050是一个6轴姿态传感器（3轴加速度计和3轴陀螺仪传感器），可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角度参数，通过数据融合，可以得到姿态角。其在四轴飞行器中使用的较多，这里我们需要使用该传感器进行运动检测；

MPU6050同样采用的I2C通信；

STM32F411CEU6 MPU6050
PB12 MPU6050_INT
PB14 MPU6050_SCL
PB13 MPU6050_SDA
3.5.2 SPL06-001

SPL06-001是一款小型的数字压力传感器，分辨率可达0.06pa；

SPL06-001同样采用的I2C通信；

STM32F411CEU6 SPL06-001
PB14 SPL_SCL
PB13 SPL_SDA
3.5.3 AHT21

AHT21是一款小型温湿度传感器；

AHT21同样采用的I2C通信；

STM32F411CEU6 AHT21
PB14 AHT_SCL
PB13 AHT_SDA
3.5.4 LSM303DLHC

LSM303DLHC是一款由意法半导体（STMicroelectronics）推出的三轴加速度计和三轴磁力计组合传感器。它可以同时测量加速度和地磁场，因此常用于运动追踪、导航、地理定位等应用。

LSM303DLHC同样采用的I2C通信；

STM32F411CEU6 LSM303DLHC
PB14 LSM_SCL
PB13 LSM_SDA
3.5.5 EM7028

EM7028是一款低功耗心率传感器，通过光学检测来监测心率。它包括16位ADC、可调增益和分辨率，以及接口模块，包括心率传感器（HRS）和带有2个绿色LED的内部LED电流驱动器

EM7028同样采用的I2C通信；

STM32F411CEU6 EM7028
PB14 EM7028_SCL
PB13 EM7028_SDA
PB15 LED_EN

3.6 KT6368A

KT6368A芯片是一款支持蓝牙双模的纯数据芯片，蓝牙5.1版本。芯片的亮点在超小尺寸SOP8封装，性价高。以及简单明了的透传和串口AT控制功能。大大降低了嵌入蓝牙在其它产品的开发难度和成本同时支持SPP和BLE 。但是只能任选其中一个协议使用。

KT6368A采用串口通信；

STM32F411CEU6 KT6368A
PA10（USART1_RX） BLE_TX
PA9（USART1_TX） BLE_RX
PA8 BLE_EN

3.7 看门狗

看门狗定时器（WDT，Watch Dog Timer）是单片机的一个组成部分，它实际上是一个计数器，一般给看门狗一个数字，程序开始运行后看门狗开始倒计数。

如果程序运行正常，过一段时间CPU应发出指令让看门狗复位，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。

STM32F411CEU6芯片内部有自己的看门狗，不过这里片外看门狗专用芯片TPS3823；

其中：

  • RST连接到了STM32F411CEU6的复位引脚；
  • WDI连接到了STM32F411CEU6的PB2引脚；
  • WDOG_EN连接到了STM32F411CEU6的PB1引脚；
3.7.1TPS3823

TPS3823一共有5个引脚，各个引脚功能如下：

  • GND：节点链接；
  • \(\overline{MR}\)：手动复位输入。拉至低电平可强制复位。只要\(\overline{MR}\)为低电平，\(\overline{RESET}\)就会保持低电平，持续时间为\(\overline{MR}\)变为高电平后的超时周期。未使用时保持未连接或连接到VDD;
  • \(\overline{RESET}\)：低电平有效复位输出;
  • VDD：电源电压；
  • WDI：看门狗计时器输入；
    • WDI引脚用于接收外部控制信号，告诉芯片当前系统处于正常工作状态。正常情况下，外部电路会定期向WDI引脚发送脉冲信号，以“喂狗”；
    • 如果WDI引脚在预定的时间窗口内（即看门狗定时器的计时周期）接收到脉冲信号，TPS3823会重置其计时器，保持系统处于正常状态。这样，芯片就不会触发复位操作；
    • 如果WDI引脚没有在预定时间内接收到有效的脉冲信号（即超时），TPS3823会认为系统可能出现故障或挂起，进而触发复位信号，使系统重新启动，避免系统进入不确定状态

TPS3823工作时序图如下：

在编写程序中，STM32F411CEU6要在300ms内不断地通过WDI口输出喂狗信号，才能保证系统正常工作。

3.7.2 BL1551

BL1551是一款单电源宽带(300MHz)快速单刀双掷模拟开关。在Vcc=5.0V条件下，导通电阻仅有2.7Ω。工作电压范围1.8V ~ 5.5V。

具体可以参考《BL1551模拟开关，封装SC70-6》。

3.8 按键

核心板设计有两个按键；

其中KEY连接到STM32F411CEU6的PA5引脚，按下为低电平。SW2在供电电路中使用，前面已经介绍过。

四、PCB打样焊接

4.1 PCB打样

既然要从头开始，那我首页我们就需要有一块PCB电路板，我们打开链接【智能手环OV-Watch】，找到PCB小节，然后点击【在编译器中打开】；点击【智能手环OV-Watch】项目，选择菜单栏【下单】中的【嘉立创-PCB/SMT】。

我这里仅仅是制作了十块板子，大概花费了我50大洋，耐心等待两到三天，就可以收到寄过来的PCB板子。

4.2 硬件材料准备

这里我们需要购买电路原理图中的电子元件，涉及到二极管、发光二极管、三极管、贴片电阻、贴片电容、各种芯片、按键、排针等；

第一张图片为核心板的BOM清单，第二张图为背板的BOM清单；这些元件可以直接从立创商城购买；

不过还有部分元件立创商场可能购买不到，或者价格过于昂贵，因此我还从淘宝购买了部分元件；

注意：充电管理芯片型号要选择TP4056M（MSOP8， SOP8的微型版本，尺寸更小），这里我购买成了TP4056（SOP8）了。

除此之外，我们还需要从淘宝购买:

由于我买的材料数量都比较少，一套下来成本都100多块钱，属实有点小贵。

4.3 焊接

4.3.1 焊接方式

准备完材料之后就是焊接工作了，由于电路原理图中采用的元件都是比较小的，其中电阻电容均是0402型号，因此使用电洛铁焊接还是比较考验技术的，这里我采用了锡膏+加热台的焊接方式；

由于PCB上并没有标明每个元器件的位号，焊接的时候可以借助嘉立创EDA的【焊接辅助工具】这个功能；

可以轻易的查看每个元件的型号信息；

焊接时需要注意：

  • 锡膏熔点为183°，加热台温度设置为200°，加热3~5分钟即可；
  • 在PCB涂抹锡膏时，对于STM32、TPS6020这种引脚比较密集的芯片，可以采用尖嘴镊子在同一侧引脚涂抹上锡膏；
    • 这里可以把镊子看做是笔，然后绘制一条细细的线即可（注意，这里一定要细，不然加热的时候可能部分引脚会沾到一块）；
    • 在使用加热台加热的时候会自动融化，焊接到对应引脚上；
  • 注意二极管/发光二极管的方向，可以使用万用表测量（将万用表调到蜂鸣器档位），正极->负极压降一般为0.5~0.7V，如果反过来测量将是无穷大；
  • 注意芯片的方向，一般芯片的左上方都会有一个小圆点，需要和PCB上对应元件封装上的圆点对应上；
  • 如果使用加热台焊接后的芯片有引脚沾到一块，可以考虑使用电洛铁将其修正；或者使用热风枪将其拆下，重现涂上锡膏，使用热风枪焊接上；

焊接完成后，我们一定要记得使用万用表测量一下正负极是否出现短路，同时可以使用万用表蜂鸣声来判断一些芯片引脚是否焊接正确。

4.3.2 焊接效果

这里以核心板为例，焊接完之后的效果如下：

这里有几处没有焊接：

  • 由于我充电管理IC芯片TP4056M封装购买错了，所以左下角U4位置并没有焊接；
  • 左上角的4个引脚（H4位置）可以在调试阶段焊接一个1x4P的排针，并且程序SWD下载方式也是通过这四个引脚实现的；
  • 最上面一排1x9P（H5）的和左下方1x2P（H1）位置不用焊接，这两个位置是用来将核心板和背板连接在一块的；
  • 右下角的1x2P（H2位置）是用来连接3.7V锂电池的；
  • 正下方FPC连接器（X2位置）用来连接LCD触摸屏；

五、烧录测试

板子焊接完成后，我们就需要给板子通上电，然后进行烧录测试。

5.1 准备阶段

5.1.1 SWD接线

在测试阶段，我们并不使用3.7V锂电池供电，我们直接给核心板左上角3.3V以及GND引脚接上3.3V电源。

此外我们需要通过SWD进行源码下载和调试，因因此需要将JLink的如下引脚与开发板对应引脚连接起来；

  • TCK连接到核心板左上角排针的CLK引脚；
  • TMS连接到核心板左上角排针的DIO引脚；
  • VTref连接到核心板左上角排针的3.3V;
  • GND连接到核心板左上角排针的GND。
5.1.2 下载源码

我们直接从https://gitee.com/kingham/OV-Watch下载源码，并下载到本地；

git clone https://gitee.com/zyly2033/OV-Watch.git

这里我将下载的源码存放在G:\project\OV-Watch\OV-Watch目录，打开Firmware文件夹；

可以看到已经编译好的固件。

V2.4版本以后的手环的代码分为Bootloader和APP了，为的是方便用户戴在手上进行不用拆解的升级，BOOT区后面划分了一个Flag区，用于记录是否是完整的APP，这个位置是APP传输完成后才记录的，为的是保证程序完整性。

img

5.2 项目介绍

接着我们打开MDK 5，打开项目，项目位于G:\project\OV-Watch\OV-Watch\Software\OV_Watch\MDK-ARM目录；

目录结构如下：

├─Application/MDK-ARM               # 用于存放.s文件
├─Application/User/Core             # 用于存放CubeMX生成的初始化文件
│  │  main.c
│  │  gpio.c
│  │  ...
│
├─Application/User/System           # 用于存放自定义的delay.c sys.h等
│  │  delay.c
│  │  ...
│
├─Application/User/Tasks            # 用于存放任务线程的函数
│  │  user_TaskInit.c
│  │  user_HardwareInitTask.c
│  │  user_RunModeTasks.c
│  │  ...
│
├─Application/User/MidFunc          # 用于存放管理函数
│  │  StrCalculate.c
│  │  HWDataAccess.c
│  │  PageManager.c
│
├─Application/User/GUI_APP          # 用于存放用户的ui app
│  │  ui.c
│  │  ...
│
├─Application/User/GUI_FONT_IMG     # 用于存放字体和图片
│  │  ...
│
├─Drivers/CMSIS
│  │  ...
│
├─Drivers/User/BSP                  # 用于存放板载设备驱动
│  │  ...
│
├─Middleware/FreeRTOS               # FreeRTOS的底层
│  │  ...
│
├─Middleware/LVGL/GUI               # LVGL的底层
│  │  ...
│
└─Middleware/LVGL/GUI_Port          # 用于存放LVGL驱动
    ├─lv_port_disp.c
    ├─lv_port_indev.c
5.2.1 CubeMX框架

工程是用CubeMX生成的MDK工程，这里默认使用的AC5编译，这里默认大家已经能够熟练使用CubeMX和HAL库了，HAL库淡化硬件层非常适合进行软件开发。

本次手环项目使用到的片上外设包括GPIO，IIC， SPI， USART，TIM， ADC， DMA。 具体的对PCB板上器件的驱动，例如LCD, EEPROM等，详见BSP。

简述一下各个片上外设的用途：

  • DMA这里主要是配合SPI，SPI通信不通过CPU而是通过DMA直接发送，如果使用多线程，那么视觉上来讲，刷屏应该就会快一些，因为CPU可以去执行其它任务；
  • IIC主要用来跟背板各个传感器进行通信，传感器都挂在一个总线上的；
  • TIM主要是提供时基，另外一个就是给LCD调节背光；
  • ADC只接了一个电池的分压，进行电池电压采样，预估剩余电量；
  • USART接了蓝牙，方便进行IAP和与手机和电脑的助手通信。
5.2.2 板载驱动BSP

详见BSP文件夹中的代码，BSP很多很杂，不需要了解的同学可以先跳过，直接调用相关API函数即可。

简述一下部分BSP：

  1. WDOG采用外置的原因是，想要做睡眠低功耗，那么使用MCU内部的看门狗关闭不了，只能一直唤醒喂狗，否则就要重启，那么这样就失去了睡眠的意义了；
  2. IIC使用的软件模拟的方式进行驱动，没有用硬件IIC，还是更推荐使用硬件IIC，IIC总线的定义如下，定义了GPIO的口和CLK使能函数，在各个设备中直接用iic_bus_t进行创建IIC即可，然后调用iic_hal.c中的API即可；
  3. key按键的驱动，GPIO设置有添加中断，这个是为了按键唤醒进入STOP模式的MCU；
  4. EM7028心率，驱动中只写了对寄存器的读取，具体的心率算法和血氧算法没有放在BSP中；
  5. DataSave数据保存，为了方便保存手环设置等数据，自定义了EEPROM中的存储帧，详见代码；
  6. IMU，dmp库中的init函数是改过的，还有MP6050.c，有比较多低功耗相关的，建议直接拿去用，不需要再改了。关于MPU6050记步的问题，难点主要在实现低功耗记步，它的内部是有一个寄存器存储步数的，应该MPU6050内部是有记步算法的，不需要用户在外部再自己设计记步算法了。

5.3 代码调试

5.3.1 代码修改

为了方便调试，只调试APP，不烧录BootLoader，需要将MDK工程中的设置中，ROM地址由0x800C000改为为0x08000000；

img

代码中main.c的地址偏移设置为0x00000000U，当然设置为0x08000000U也是同样的。

// SCB->VTOR = 0x0000C000U;
SCB->VTOR = 0x00000000U;
5.3.2 代码下载

MDK工程设置完，代码改完后编译即可进行代码的下载。由于开发板只提供了SWD下载方式，因此我们可以参考《STM32F103简介》SWD下载小节内容，将编译后的二进制文件烧录到Flash。

下载如果遇到如下错误：

可以尝试修改Options for Target ‘OV_Watch’—> Debug —> Settings—> Debug ，将下载最大速度调整为200kHz；

注意：如果检测不到SW Deviice，可以尝试点击Auto Clk。

再次尝试下载可以了；

烧录完成后如果硬件没有问题，是可以点亮LCD的，效果如下：

5.3.3 代码调试

代码调试很简单，点击菜单栏的Start/Stop Debug Session按钮；

如果点击调试出现如下错误：

这里我将锂电池供电接到H2位置，就不再出现这个错误了（不过我个人感觉和这个没有多大关系）；

5.4 蓝牙升级

如果你想调试完功能后，继续给你的成品手环使用，即使用BootLoader给你的手环进行下载，则需要将工程中的地址偏移改回0x0800C000，然后编译得到的.bin文件按照下面步骤进行APP升级。

5.4.1 烧录BootLoader程序

Bootloader源码位于G:\project\OV-Watch\OV-Watch\Software\IAP_F411\MDK-ARM，直接编译烧录BootLoader程序。

5.4.2 电脑设置

按住KEY1给手环上电进入BootLoader的升级模式，电脑找到手表的蓝牙进行配对, 一般来讲蓝牙是叫KT6368A-SPP之类的。

具体的看自己情况， 我这里是叫KT6368A-SPP-2.1，配对成功后。

然后找到更多蓝牙设置，找到蓝牙设备对应的传出端口号，我这里是COM6;

如果没有串口端口，可以自行添加：

5.4.3 下载文件

打开SecureCRT，并连接到蓝牙对应的端口, 然后会出现以下界面，没出现就按回车Enter几下；

按照提示进行数字输入即可, 输入1即可进行APP文件传输, 此时电脑一直会收到CCCCCC..., 此时就是在等待你用Ymodem协议发文件；

选择send Ymodem将G:\project\OV-Watch\OV-Watch\Firmware\OV_Watch_V2_4_3.bin这个文件传进去即可；

过程比较慢, 耐心等待升级即可；

最后传输完毕, 输入3即可执行APP，等候开开机，以后每当APP有更新后，就算装进外壳了，也可以直接使用蓝牙无线升级。

参考文章

[1] 立创硬件开源

[2] 油炸鸡开源硬件手册网站

[3] github仓库: https://github.com/No-Chicken/OV-Watch

[4] gitee仓库: https://gitee.com/kingham/OV-Watch

[5] STM32下载程序报错cannot enter debug mode··· Error: Flash Download failed - Target DLL has been cancelled

[6] 电子器件系列七：看门狗

posted @ 2024-11-30 19:09  大奥特曼打小怪兽  阅读(1166)  评论(0)    收藏  举报
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