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基于FreeRTOS的STM32多功能手表设计

article 2024/9/30 4:18:17

在智能穿戴设备迅速发展的今天，多功能手表因其便携性和实用性而受到广泛关注。本项目旨在设计一款基于FreeRTOS操作系统的STM32多功能手表，通过实时多任务处理，实现时间显示、多级菜单、万年历、模拟手电筒、温湿度显示、电子闹钟和设置等功能。

一、项目背景

随着技术的进步，人们对手表的需求不再仅限于时间显示，而是希望手表能够集成更多实用功能。STM32系列单片机因其高性能和低成本成为智能手表设计的理想选择。FreeRTOS作为一款轻量级的实时操作系统，提供了任务管理、时间管理、内存管理和通信管理等功能，非常适合STM32单片机的应用开发。

二、硬件资源

本项目选用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，搭载0.96寸OLED显示屏，使用四个独立按键进行操作，无源蜂鸣器用于声音反馈，DHT11传感器用于温湿度检测。此外，还设计了电源部分，采用3.7V锂电池供电，并设计了一键开机电路。

三、软件设计

3.1 FreeRTOS配置

FreeRTOS的配置包括任务管理、时间管理、内存管理和通信管理。本项目中，FreeRTOS的节拍设置为1000Hz，使用TIM1滴答时钟实现。系统支持任务间直接的消息传递，包含信号量、事件标志组和消息邮箱。

3.2 任务创建

系统初始化时，创建了七个任务，分别对应不同的功能模块。每个任务都有明确的优先级和堆栈大小，以确保系统的稳定运行。

3.3 功能实现

时间显示：通过读取RTC芯片的时间，实现时间的实时显示。
多级菜单：设计了多级菜单系统，用户可以通过按键切换不同的功能。
万年历：显示2024年的日历信息。
模拟手电：通过控制LED的亮灭模拟手电筒功能。
温湿度显示：读取DHT11传感器的数据，显示当前环境的温湿度信息。
电子闹钟：用户可以设置闹钟时间，到达预设时间后通过蜂鸣器提醒。
设置：允许用户开关系统声音等。

四、代码示例

以下是部分关键代码示例：

// FreeRTOS初始化
void FreeRTOS_Init() {
    // 创建显示时间定时器和电子闹钟定时器
    g_Timer = xTimerCreate("Timer1", 1000, pdTRUE, NULL, (TimerCallbackFunction_t)TimerCallBackFun);
    g_Clock_Timer = xTimerCreate("Timer2", 100, pdTRUE, NULL, (TimerCallbackFunction_t)ClockTimerCallBackFun);
    
    // 创建任务
    xTaskCreate(ShowTimeTask, "ShowTimeTask", 128, NULL, osPriorityNormal, &xShowTimeTaskHandle);
    xTaskCreate(ShowMenuTask, "ShowMenuTask", 256, NULL, osPriorityNormal, &xShowMenuTaskHandle);
    // 其他任务创建...
}

// 定时器回调函数
void TimerCallBackFun(xTimerHandle xTimer) {
    // 定时器回调处理
}

// 任务函数示例：显示时间任务
void ShowTimeTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 更新时间显示
        UpdateTimeDisplay();
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 延时1秒
    }
}