STM32单片机项目实例：基于TouchGFX的智能手表设计（2）UI交互逻辑的设计

一、UI交互逻辑的设计

1.1 硬件平台的资源

1.2 界面切换功能

1.3 表盘界面

1.4 运动界面

1.6 设置界面

1.7 应用界面

一、UI交互逻辑的设计

1.1 硬件平台的资源

STM32U5核心板采用STM32U575RIT6微控制器，基于32位Cortex-M33内核，运行频率可达160MHz，内部Flash容量为2MB，RAM容量786KB。核心板采用最小系统设计，板载16MB的Flash存储器，用于存储大容量数据，例如图片(分辨率240*320的16位彩色图片大小240*320*16=150KB)、升级的固件等等。供电端口采用USB TypeC接口，板载USB转UART芯片，用于ISP功能或串口调试。核心板提供复位、BOOT与用户按键，提供2.8寸电容触摸屏接口。核心板提供电源指示灯与运行指示灯（用户编程控制）。

图 1-1 STM32U5核心板资源

STM32开发板底板，支持5V电源适配器与TypeC供电。提供RTC时钟电源，提供三轴加速度与角速度传感器，用于姿态感知。板载ESP-12F无线模组，用于物联网云平台项目开发。提供1路五向按键，采用中断与A/D模式采样。提供1路有源蜂鸣器，1路2*17P扩展接口，用于资源扩展板的接入。核心板接口通过2.54mm间距的插针引出，方便用户外接其它设备。

图 1-2 STM32开发板底板

电容触摸显示屏在很多智能设备上得到应用，提升了设备的交互感。在开发板套件中使用方型显示屏用来模拟圆形的一个手表项目。显示屏尺寸为2.8寸，分辨率320*240(RGB)。驱动IC采用ILI9341，自带172,800字节的 GRAM存储。电容触摸屏采用I2C接口，驱动IC采用FT6336G。

图 1-3 2.8寸显示屏

资源扩展板提供基于I2C总线的温湿度传感器、环境光感知、心率/脉搏测量。基于模数转换接口的电压/电流采集。基于EXTI事件/中断控制类型的人体红外、光电开关、火焰感知传感器。基于SPI总线的数码管驱动电路。基于PWM控制的风扇、蜂鸣器、震动马达。基于GPIO的按键、LED指示灯。基于异步串行通信的485总线电平转换。基于控制器局域网总线的CAN电平转换等外设。资源扩展板主要用于微控制器入门外设的使用，硬件图纸原理以及项目案例的应用开发学习。

图 1-4 资源扩展板

仿真器在单片机程序开发过程中起着重要的作用。通过仿真器，使开发者能够在计算机上运行和调试单片机程序，开发者可以逐步执行程序并观察变量的值、寄存器的状态以及程序的执行流程，从而快速发现和解决程序中的错误。推荐采用的仿真器：FS-DAP-Link或者ST-LINK V3.0，用于程序烧写和仿真调试。

图 1-5 华清远见DAP-Link/ST-Link仿真器

基于TouchGFX的智能手表项目，硬件包含STM32U5核心板、底板、2.8寸显示屏、资源扩展板以及仿真器，进行智能手表的设计。手表主要功能包括健康监测、运动模式、环境检测、电池电量检测、RTC时钟、状态提醒、模式切换（运行/待机，LPBAM功能演示）和网络连接等功能。

1.2 界面切换功能

开发板套件包含了丰富的传感与控制资源，智能手表项目可以通过这些资源，实现许多有趣的功能。作为手表，时间的显示是必不可少的。项目设计了表盘页面，表盘界面主要负责时间的显示，除此之外，心率、步数、温度、日期等信息由于查看频率相对较高，且不需要太复杂的交互，在表盘页面上进行了这些信息的显示。

运动功能是目前市面上的大部分智能手表的主打卖点之一，手表可以通过陀螺仪、心率传感器等等外设检测用户的运动状态与健康监测，并对其运动进行记录，符合现代人对健康的追求。因此本项目设计了运动模式页面。在该页面中，不同的运动功能以列表的形式展示。用户可以通过手指的上下滑动浏览不同的运动种类，且可以通过点击相应的运动图标切换到对应运动的记录页面。

智能手表的应用程序很多，在项目中增加了应用页面，与实际手表不同的是，该页面下的应用程序主要用于UI控件的学习与使用。在该页面中，不同的应用程序图标以列表的形式展示。用户可以通过手指的上下滑动浏览不同的应用程序，且可以通过点击相应的应用程序图标切换到对应的应用程序页面。由于本项目为单片机裸机编程实现智能手表功能的项目，因此无法实现app的安装，在应用程序页面以操作不同的外设，实现对应用程序功能的模拟。

在设置界面与工具页面，包含智能手表的常用小工具或快捷设置功能，在表盘页面通过物理按键的方式进行页面的切换。

除此之外，需要设计在表盘页面、运动页面、工具界面、应用页面以及设置界面之间的切换方法。项目中使用开发板上的五向按键完成页面的切换。在表盘页面上按切换到应用界面，下按切换到设置页面；在应用程序中，通过五向按键的中间按键切换回应用界面。

图 1-6 基于TouchGFX的智能手表界面

1.3 表盘界面

智能手表的时间可以通MCU内部的RTC时钟功能产生，优点是成本低，缺点是时钟精度不高。也可以通过外置的RTC实时时钟芯片进行获取，缺点是成本会增加。在本项目中，采用STM32U575的内部RTC时钟功能与备份域寄存器，实现时间的设置与产生。

项目中设计了两个时间显示的页面，分别是模拟时钟表盘页面与数字时钟表盘页面。这两种时钟表盘的设计是目前市面上绝大多数智能手表或传统手表采用的时间显示方法。采用左右滑动的方式进行表盘切换。

图 1-7 表盘界面

1.4 运动界面

“智能可穿戴”这个理念现在深入人心，从智能手表、智能手环，到其他一系列智能可穿戴设备，都有着类似的功能，例如追踪身体运动，监测温度、血氧饱和度、心率等等。在这些功能的背后，是传感器技术的应用。以运动传感器和生物传感器为例，可穿戴设备的运动传感器可以随时随地测量、记录和分析人体的活动情况，用户可以知道跑步步数、游泳圈数、骑车距离、能量消耗和睡眠时间等；而生物传感器则可以通过动态的、非侵入性测量的方式对心率、血氧饱和度、心电、脑电波等状况进行连续的、实时的监测，用户可以实时观察“健康信号”，及时发现并处理身体出现的异常状况。

STM32开发板底板包含一个六轴运动传感器MPU6050，MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了安装空间。MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，并且含有一个第二 IIC 接口，可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。有了 DMP，我们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库，非常方便的实现姿态解算，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。

运动界面采用物理按键触发进入。在运动界面采用上下滑屏的方式，实现户外步行、户外跑步、室内游泳、自由训练与户外骑行模式间的切换，上下滑屏的逻辑部分采用C++代码编写，五种运动模式，主要实现户外步行模式的应用。