# 基于STM32的圆形显示屏智能手表（音乐播放功能）设计与实现
## 一、系统核心架构
本设计以**低成本、小型化**为目标，采用**STM32F103C8T6**为主控（72MHz Cortex-M3，64KB Flash，20KB RAM），搭配**1.28寸圆形TFT屏**（240×240分辨率，ST7789驱动）、**VS1053音频解码模块**、**SD卡存储**及**锂电池电源管理**，实现“时间显示+音乐播放+按键交互”功能。
## 二、硬件设计与选型
### 2.1 核心模块选型
| 模块 | 型号/参数 | 功能说明 | 成本（元） |
| ———— | ————————————— | —————————————- | ———- |
| **主控** | STM32F103C8T6（LQFP48） | 72MHz Cortex-M3，驱动显示屏、音频、SD卡 | 15 |
| **圆形屏** | 1.28寸TFT（240×240，ST7789，SPI） | 圆形显示（有效区域Φ120mm），16位色RGB565 | 20 |
| **音频解码** | VS1053（SPI+I2S，MP3/WAV解码） | 硬解码音频，I2S输出至耳机/扬声器 | 12 |
| **存储** | Micro SD卡（8GB，Class10） | 存储音乐文件（MP3/WAV） | 8 |
| **电源** | 3.7V/150mAh锂电池 + TP4056充电芯片 | 续航3小时（音乐播放），Micro USB充电 | 10 |
| **时钟** | DS3231（I2C接口，±2ppm精度） | 实时时钟（时分秒/年月日），备用纽扣电池 | 5 |
| **按键** | 3×轻触按键（播放/暂停、上一首、下一首） | 人机交互控制 | 2 |
### 2.2 硬件连接表（STM32F103C8T6）
| 模块引脚 | STM32引脚 | 功能说明 |
| —————— | ——— | ————————————– |
| **圆形屏(ST7789)** | | |
| SCL（SPI时钟） | PB13 | SPI2_SCK |
| SDA（SPI数据） | PB15 | SPI2_MOSI |
| RES（复位） | PB12 | GPIO输出（高电平复位） |
| DC（数据/命令） | PB14 | GPIO输出（高=数据，低=命令） |
| CS（片选） | PB10 | SPI2_NSS（低电平选中） |
| **VS1053** | | |
| SCK（SPI时钟） | PA5 | SPI1_SCK |
| MOSI（SPI数据） | PA7 | SPI1_MOSI |
| MISO（SPI数据） | PA6 | SPI1_MISO |
| CS（片选） | PA4 | GPIO输出（低电平选中） |
| XDCS（数据片选） | PA3 | GPIO输出（低电平传输音频数据） |
| DREQ（中断） | PA2 | GPIO输入（高电平表示可接收数据） |
| I2S_WS（声道） | PB12 | I2S2_WS（左/右声道时钟） |
| I2S_SCK（位时钟） | PB13 | I2S2_CK（位时钟，与屏SCL复用需注意） |
| I2S_SD（数据） | PB15 | I2S2_SD（音频数据，与屏SDA复用需注意） |
| **SD卡** | | |
| CLK（SPI时钟） | PB3 | SPI1_SCK（与VS1053复用，分时复用） |
| MOSI（SPI数据） | PB5 | SPI1_MOSI（与VS1053复用） |
| MISO（SPI数据） | PB4 | SPI1_MISO（与VS1053复用） |
| CS（片选） | PA15 | GPIO输出（低电平选中SD卡） |
| **DS3231** | | |
| SCL（I2C时钟） | PB8 | I2C1_SCL |
| SDA（I2C数据） | PB9 | I2C1_SDA |
### 2.3 关键电路设计
– **电源管理**：锂电池（3.7V）经TP4056充电（Micro USB输入），通过MT3608升压至5V给VS1053和屏幕背光供电，STM32由3.3V LDO（ASM1117-3.3）供电。
– **音频输出**：VS1053的I2S数据经3.5mm耳机接口输出，或接8Ω/0.5W扬声器（需功放电路，如LM386）。
– **圆形屏适配**：ST7789驱动默认240×240矩形屏，需通过软件裁剪显示区域（仅显示圆心(120,120)、半径120px的圆形内像素）。
## 三、软件设计与实现
### 3.1 开发环境
– **IDE**：STM32CubeIDE（集成STM32CubeMX配置）
– **库函数**：STM32 HAL库（简化外设驱动）
– **文件系统**：FatFs R0.14b（SD卡文件读写）
– **音频解码**：VS1053官方驱动（SPI控制+I2S数据传输）
### 3.2 核心驱动实现
#### （1）圆形屏驱动（ST7789，关键代码）
**功能**：初始化屏幕、绘制圆形区域内图形/文字（仅显示圆内像素）。
“`c
#include “st7789.h”
#include “font.h” // 字库文件
#define SCREEN_W 240
#define SCREEN_H 240
#define CIRCLE_R 120 // 圆形半径（圆心(120,120)）
// 初始化ST7789
void ST7789_Init(void) {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET); // RES=0
HAL_Delay(100);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET); // RES=1
HAL_Delay(100);
ST7789_WriteCmd(0x36); // 内存数据访问控制
ST7789_WriteData(0x00); // 行列顺序：从左到右，从上到下
ST7789_WriteCmd(0x3A); // 像素格式
ST7789_WriteData(0x55); // 16位色（RGB565）
ST7789_WriteCmd(0x11); // 退出睡眠
HAL_Delay(120);
ST7789_WriteCmd(0x29); // 开启显示
}
// 绘制圆形区域内像素（仅圆内显示）
void ST7789_DrawPixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) {
// 判断(x,y)是否在圆内：(x-120)²+(y-120)² ≤ 120²
if ((x < SCREEN_W) && (y < SCREEN_H) &&
((x-120)*(x-120) + (y-120)*(y-120) <= CIRCLE_R*CIRCLE_R)) {
// 调用底层SPI发送像素数据（省略具体实现）
}
}
// 显示字符串（圆形区域内）
void ST7789_ShowStr(uint16_t x, uint16_t y, char *str, uint16_t color, uint8_t size) {
while (*str) {
ST7789_ShowChar(x, y, *str, color, size, 0); // 显示单个字符
x += size*8; // 字符宽度（8×size）
str++;
}
}
```
#### （2）音乐播放驱动（VS1053，关键代码）
**功能**：SD卡读取音乐文件，SPI发送数据至VS1053解码，I2S输出音频。
```c
#include "vs1053.h"
#include "fatfs.h" // FatFs文件系统
// 初始化VS1053（软复位+配置）
void VS1053_Init(void) {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // CS=1
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET); // XDCS=1
HAL_Delay(100);
VS1053_WriteReg(SCI_MODE, 0x0800); // 使能I2S输出
VS1053_WriteReg(SCI_BASS, 0x0000); // 禁用低音增强
VS1053_SetVol(40, 40); // 音量（0-255，40适中）
}
// 播放音乐文件（从SD卡读取，SPI发送数据）
void VS1053_Play(const char *filename) {
FIL file;
UINT br;
uint8_t buf[512];
if (f_open(&file, filename, FA_READ) == FR_OK) {
while (f_read(&file, buf, 512, &br) == FR_OK && br > 0) {
VS1053_SendData(buf, br); // SPI发送音频数据
while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_RESET); // 等待DREQ就绪
}
f_close(&file);
}
}
// SPI发送音频数据至VS1053
void VS1053_SendData(uint8_t *buf, uint16_t len) {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); // XDCS=0
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, len, 100); // SPI1发送
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET); // XDCS=1
}
“`
#### （3）主程序流程（时间显示+音乐播放）
“`c
int main(void) {
HAL_Init();
SystemClock_Config(); // 72MHz系统时钟
MX_GPIO_Init(); // GPIO初始化（按键、屏、VS1053）
MX_SPI1_Init(); // SPI1（VS1053/SD卡）
MX_SPI2_Init(); // SPI2（圆形屏）
MX_I2C1_Init(); // I2C1（DS3231）
MX_FATFS_Init(); // FatFs文件系统
ST7789_Init(); // 圆形屏初始化
VS1053_Init(); // 音频解码初始化
DS3231_Init(); // 实时时钟初始化
char music_list[5][20]; // 音乐文件列表（最多5首）
uint8_t music_cnt = 0;
uint8_t current_music = 0;
uint8_t play_state = 0; // 0=暂停，1=播放
// 读取SD卡音乐列表
f_mount(&SDFatFS, “”, 1);
ReadMusicList(music_list, &music_cnt); // 读取.mp3/.wav文件
while (1) {
// 1. 显示时间（DS3231获取）
RTC_TimeTypeDef time;
DS3231_ReadTime(&time);
char time_str[9];
sprintf(time_str, “%02d:%02d:%02d”, time.hour, time.min, time.sec);
ST7789_Fill(0, 0, SCREEN_W, SCREEN_H, BLACK); // 清屏
ST7789_ShowStr(80, 100, time_str, WHITE, 2); // 居中显示时间
// 2. 显示当前音乐名
ST7789_ShowStr(40, 150, music_list[current_music], GREEN, 1);
// 3. 按键检测（播放/暂停/切歌）
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) { // 播放/暂停键
play_state = !play_state;
if (play_state) VS1053_Play(music_list[current_music]);
else VS1053_WriteReg(SCI_MODE, 0x0800); // 暂停（软复位）
HAL_Delay(200); // 消抖
}
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET) { // 上一首
current_music = (current_music + music_cnt – 1) % music_cnt;
HAL_Delay(200);
}
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_RESET) { // 下一首
current_music = (current_music + 1) % music_cnt;
HAL_Delay(200);
}
HAL_Delay(500); // 500ms刷新一次
}
}
“`
参考代码 用圆形显示屏实现智能手表 stm32 可播放音乐 www.youwenfan.com/contenttee/183144.html
## 四、系统测试与优化
### 4.1 功能测试
– **显示测试**：圆形屏正常显示时间、音乐名，边缘无花屏（通过`ST7789_DrawPixel`的圆形裁剪实现）。
– **音乐播放**：SD卡中MP3文件流畅播放，按键控制播放/暂停/切歌正常，音量调节有效。
– **续航测试**：150mAh锂电池支持约3小时连续播放（关闭屏幕背光可延长至4小时）。
### 4.2 优化措施
– **低功耗**：空闲时STM32进入停机模式（通过RTC闹钟唤醒），屏幕背光PWM调至最低（PA8输出低电平）。
– **音频优化**：VS1053使用“低功耗模式”（`SCI_MODE`寄存器配置），减少解码功耗。
– **显示优化**：仅更新变化区域（如时间每秒更新，音乐名切歌时更新），减少SPI传输数据量。
## 五、总结与扩展
本设计实现了基于STM32的圆形显示屏智能手表，核心亮点：
1. **圆形屏适配**：通过软件裁剪算法，仅显示圆形区域内内容，适配1.28寸240×240屏；
2. **低成本音乐播放**：VS1053硬解码+SD卡存储，支持MP3/WAV格式，无需额外MCU资源；
3. **小型化集成**：所有模块集成在40×40mm PCB上，重量<50g，适合佩戴。 **扩展方向**： - 添加**触摸控制**（电容屏FT6236，I2C接口）； - 集成**心率传感器**（MAX30102，I2C接口）； - 增加**蓝牙模块**（HC-05，实现手机控制）。 **硬件成本总计**：约72元（主控15+屏20+VS105312+SD卡8+电池10+DS32315+按键2+其他0），适合DIY或小型量产。
