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發布時間：2024-11-15作者來源：薩科微瀏覽：642
歷經四個月的Fastbond第三季活動現已圓滿結束，項目審核結果已郵件告知大家，感謝硬禾小伙伴們的踴躍參與，帶來了超多精彩項目，期待接下來的獎勵返還。
今年FastBond3活動小伙伴們又提供了不少新創意，硬件上不止有強大的功能，還有精美的外觀，妥妥的產品級設計。這個由【pomin】帶來的一線通高刷監控副屏設計便讓人眼前一亮，是一款高刷新率、高自由度、具有觸摸功能、低成本、易操作的監控小屏。
完整項目報告已經上傳至電子森林：
https://www.eetree.cn/project/3544
背景介紹
如今電腦配件廠商都在推出一些帶屏外設，主要面向給極客玩家、DIY 玩家，裝扮自己的電腦主機和桌面，置于顯示屏下方的小監控屏就是其中很受歡迎的一類產品。如今市場上的“監控小屏”類外設當前主要有以下三種方案：
經過比較不難發現以上三種方案均有一定缺點，針對上述問題，本創意首次提出了如下方案：
使用 USB HS 轉 SPI、I2C、UART專用芯片搭配 IO 拓展芯片實現高速驅屏、電容觸摸。
使用 I2C 環境傳感器獲取當前室內溫濕度，可拓展工作臺溫濕度監控等功能。
直接使用電腦運行 LVGL，無 Flash 限制！無 RAM 限制！搭配 LVGL 設計器實現炫酷界面！
通過 WMI 等方式直接讀取電腦狀態，無需反復配網、配置，直接運行 exe 完成操作。
依靠上述方案實現了一個低成本、高性能、易操作的監控小屏項。項目具體實現過程請大家接著往下看。
硬件設計
首先一起來看看該項目實現的框圖設計吧！
方案介紹如下：
通過 USB 轉高速 SPI（60Mbps）驅動 SPI 小屏幕顯示，實現高刷新率
通過 USB 轉 I2C 讀取 TOUCH 芯片、溫濕度芯片實現觸摸、監測環境溫濕度的功能
通過 USB 轉高速 UART（6Mbps）和STM32通訊，實現IO、PWM拓展功能
器件列表
IO 拓展器硬件設計
對于 STM32 端的 IO 分配使用 CubeMX 來完成分配，如下所示：
PA13、PA14 作 SWD 燒錄引腳
PA0、PA1、PA4、PA5 作為 GPIO 輸出引腳、PA6、PA7、PA11、PA12 作為 GPIO 輸入引腳
PB1 作為 PWM 輸出引腳、頻率為 10KHz
PA2、PA3 作為 USART1 通信引腳與 CH347T 通訊
原理圖設計
原理圖采用 KiCAD 進行設計，CH347T、FPC 等部分封裝為手動創建，非系統原理圖庫。硬件設計相關文件可查看項目報告原文附件。
原理圖介紹：
Type-C 及供電電路
CH347T 與 STM32 通過 UART 連接
CH347T 與 HS3001 通過 I2C 連接
觸摸屏通過 SPI、I2C、GPIO、PWM 與 CH347T 和 STM32 連接
PMOS 控制 STM32 電源電路——當 CH347T 建立 USB 連接后 ACT 拉低，STM32 工作；斷開連接（但不斷電）后 ACT 拉高，STM32 不工作，LCD_BL 拉低，實現了電腦休眠時自動熄滅屏幕的功能
PCB設計采用了雙層布局（設計文件可）。此外本項目還設計了一個簡潔的外殼，為HS3001溫濕度傳感器預留了通風縫隙以確保空氣流通，外殼與屏幕緊密貼并留有 Type-C 的接口槽孔。
軟件設計
IO拓展器
IO 拓展器采用 modbus 協議與 PC 端軟件通訊，來完成對 MCU 的 IO 輸入輸出、PWM 占空比進行讀寫操作，本項目是在 STM32G030F6P6 端移植了 FreeModbus 的協議棧以實現 PC 和 STM32 的通訊。
modbus 是工業中常用的一種標準的通信協議，有二進制變量（線圈、離散量）和雙字節變量（輸入寄存器、保持寄存器）四種類型，在工業中廣泛用于 IO 控制、數據同步等許多應用，在本項目中的 IO 操作、PWM 占空比設置十分合適，上下位機的代碼也可以利用開源庫，易于實現。
PC端
IO 拓展器通訊 API
與 IO 拓展器的通訊使用 libmodbus 來實現，對于讀 IO 輸入對應為 modbus 讀輸入寄存器操作，寫 IO 輸出和 PWM 占空比對應寫保持寄存器操作。
SPI、I2C 通訊 API
對于 SPI、I2C 的通訊，沁恒已經封裝成了 DLL 庫，只需調用即可，但仍較為復雜，本項目對其進行了一些簡化封裝，具體代碼比較繁多，在此不做過多展示。
驅動封裝
對于觸摸屏的驅動芯片，也就是 ST7789，采用四線 SPI 通訊方式，其中 D/CX 引腳為 IO 拓展器的 IO 輸出腳，用前文的 libmodbus 進行操作，其他的 SCL、SDA、CSX 為 SPI 標準信號線，使用 CH347T 庫進行操作，搭配操作實現高速刷屏。
對于觸摸屏的 FT6236 觸摸芯片和 HS3001 溫濕度傳感器，都采用 I2C 的通訊方式，使用 CH34T 庫進行操作。
對于 PC 的狀態信息讀取采用 Windows 給出的一些 API 和開源的一些庫代碼來完成，目前支持了 CPU 溫度/占用率、GPU 溫度/占用率、主板溫度、內存占用率這幾個信息的讀取。
LVGL 界面設計
完成硬件信息的讀取之后，接下來就要將其展示出來并且可供用戶操作。本項目采用了現在[敏感詞]的 LVGL 來作為界面庫使用，主要包含有顯示驅動接口和輸入驅動（在此為觸摸）接口。
界面設計是使用的 GUI Guider 進行的設計，圖標來自 iconfont，整體設計界面如下：
由于篇幅原因，軟件設計部分代碼細節不在此做過多展示，詳情可點擊“閱讀原文”查看。
實物展示
PCB和2.4 寸的觸摸屏鐵框完美契合，裝上外殼，完美貼合。
通電效果展示（小米溫濕度計合影）
功能實現：支持時間、電腦CPU、GPU溫度&占用率、環境溫濕度數據監測及顯示，還能一鍵觸屏快速啟動Keil / VScode，具體演示可詳見項目視頻。
設計文件獲取
本項目對本項目感興趣的小伙伴可前往電子森林查看完整項目報告，附件中可獲取項目設計相關文件。（還可以在評論區和原作者交流哦~）
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