DIY高手教你打造超酷電腦監(jiān)控副屏！

發(fā)布時間：2024-11-15作者來源：薩科微瀏覽：1401

歷經(jīng)四個月的Fastbond第三季活動現(xiàn)已圓滿結(jié)束，項目審核結(jié)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(chuàng)意，硬件上不止有強大的功能，還有精美的外觀，妥妥的產(chǎn)品級設(shè)計。這個由【pomin】帶來的一線通高刷監(jiān)控副屏設(shè)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(jiān)控小屏。

完整項目報告已經(jīng)上傳至電子森林：

https://www.eetree.cn/project/3544

一

背景介紹

如今電腦配件廠商都在推出一些帶屏外設(shè)，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(jiān)控屏就是其中很受歡迎的一類產(chǎn)品。如今市場上的“監(jiān)控小屏”類外設(shè)當(dāng)前主要有以下三種方案：

經(jīng)過比較不難發(fā)現(xiàn)以上三種方案均有一定缺點，針對上述問題，本創(chuàng)意首次提出了如下方案：

使用 USB HS 轉(zhuǎn) SPI、I2C、UART專用芯片搭配 IO 拓展芯片實現(xiàn)高速驅(qū)屏、電容觸摸。
使用 I2C 環(huán)境傳感器獲取當(dāng)前室內(nèi)溫濕度，可拓展工作臺溫濕度監(jiān)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(shè)計器實現(xiàn)炫酷界面！
通過 WMI 等方式直接讀取電腦狀態(tài)，無需反復(fù)配網(wǎng)、配置，直接運行 exe 完成操作。

依靠上述方案實現(xiàn)了一個低成本、高性能、易操作的監(jiān)控小屏項。項目具體實現(xiàn)過程請大家接著往下看。

二

硬件設(shè)計

首先一起來看看該項目實現(xiàn)的框圖設(shè)計吧！

方案介紹如下：

通過 USB 轉(zhuǎn)高速 SPI（60Mbps）驅(qū)動 SPI 小屏幕顯示，實現(xiàn)高刷新率
通過 USB 轉(zhuǎn) I2C 讀取 TOUCH 芯片、溫濕度芯片實現(xiàn)觸摸、監(jiān)測環(huán)境溫濕度的功能
通過 USB 轉(zhuǎn)高速 UART（6Mbps）和STM32通訊，實現(xiàn)IO、PWM拓展功能

器件列表

IO 拓展器硬件設(shè)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(shè)計

原理圖采用 KiCAD 進行設(shè)計，CH347T、FPC 等部分封裝為手動創(chuàng)建，非系統(tǒng)原理圖庫。硬件設(shè)計相關(guān)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(dāng) 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(xiàn)了電腦休眠時自動熄滅屏幕的功能

PCB設(shè)計采用了雙層布局（設(shè)計文件可）。此外本項目還設(shè)計了一個簡潔的外殼，為HS3001溫濕度傳感器預(yù)留了通風(fēng)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。

三

軟件設(shè)計

IO拓展器

IO 拓展器采用 modbus 協(xié)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(xié)議棧以實現(xiàn) PC 和 STM32 的通訊。

modbus 是工業(yè)中常用的一種標準的通信協(xié)議，有二進制變量（線圈、離散量）和雙字節(jié)變量（輸入寄存器、保持寄存器）四種類型，在工業(yè)中廣泛用于 IO 控制、數(shù)據(jù)同步等許多應(yīng)用，在本項目中的 IO 操作、PWM 占空比設(shè)置十分合適，上下位機的代碼也可以利用開源庫，易于實現(xiàn)。

PC端

IO 拓展器通訊 API

與 IO 拓展器的通訊使用 libmodbus 來實現(xiàn)，對于讀 IO 輸入對應(yīng)為 modbus 讀輸入寄存器操作，寫 IO 輸出和 PWM 占空比對應(yīng)寫保持寄存器操作。

SPI、I2C 通訊 API

對于 SPI、I2C 的通訊，沁恒已經(jīng)封裝成了 DLL 庫，只需調(diào)用即可，但仍較為復(fù)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(qū)動封裝

對于觸摸屏的驅(qū)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(xiàn)高速刷屏。