3 方案论证

根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图，如图3.1，然后分别讨论了本系统在控制器、显示模块、以及加速度传感器模块的选择方案。

LCD模块外围驱动电路GSM模块STM32开发板GPS模块电源电路MPU6050加速度传感器模块

图3.1 系统原理框图

3.1 控制器方案

方案一：使用51单片机作为主控制器。51单片机以其低廉的价格，简单的操作，俘获了大量的用户，但是反过来看便宜简单往往意味着功能的低端。在本设计中，51单片机就显得力不从心了，它的IO口数量较少，片上外设资源匮乏，而且处理速度也偏低。

方案二：采用STM32F103ZET6作为主控制器。STM32F103ZET6是意法半导体公司推出的一款以Cortex-M3为内核的32位高性能单片机。拥有多达112个IO口，它以8位单片机的价格，满足了用户32位单片机的需求。

本系统对主控制器的速度有较高要求，速度对本系统的操作流畅度有较大的影响，STM32F103ZET6最大可以达到72MHZ，这是51单片机远不可及的。此外，由于穿戴式设备系统对体积以及功耗要求比较严格，STM32在这两方面做的都比较出色而51单片机无法满足系统的要求。所以选择方案二，采用STM32F103ZET6作为系统的主控制器。

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3.2 显示模块方案

方案一：采用12864点阵式液晶。12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。一页共可以显示32个汉字或者64个字符。

方案二：采用搭配ILI9341控制芯片的240x320彩屏。TFT彩屏在消费电子产品中有着广泛的应用，它支持26万色的显示，显示效果十分细腻，此LCD屏使用INTEL的8080接口，STM32F103ZET6带有FSMC功能，支持Intel 8080和Motorola 6800的模式，LCD屏内部的GRAM直接由FSMC控制，实现快速的刷屏。

近些年，随着技术的发展，LCD彩屏的分辨率越做越高，色彩也越来越丰富，显示效果极为细腻。这些优点是点阵式液晶无法超越的。特别是在图片的显示方面，点阵式液晶与LCD彩屏比起来更是相形见绌，无法还原出图片的本来面貌。而且，LCD彩屏还可以支持触屏，方便系统的控制。由于本设计需要用到触摸屏功能以及良好的显示效果，所以综上所述，系统选择方案二，采用TFT彩屏作为显示器件。

3.3 加速度传感器方案

方案一：使用MPU6050加速度传感器模块。MPU6050是一款整合性6轴运动处理组件，它内部带有三轴的加速度传感器、三轴的陀螺仪、并且能通过自身的第二IIC接口连接外部的磁力传感器。将这九轴的数据利用DMP（Digital Motion Processor）进行数据解算，进而就能输出完整的九轴的姿态融合解算数据。利用了DMP进行数据解算，就降低了单片机的负荷，同时缩短了开发周期，降低了开发难度。

方案二：不使用加速度传感器模块。在实现计步功能时可以利用GPS模块记录用户移动距离，根据用户自己设定的步长计算出行走步数。

方案一可以精确地检测到用户行走时在三个轴上的加速度变化，配合算法，识别出用户行走的姿态并记录。但是方案二只能粗略地估算步数，并且算出的步数受GPS模块的精度影响十分大，当用户在室内时由于GPS模块不能很好地接收卫星信号造成无法计步。基于以上考虑，本设计采用方案一。

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4 硬件部分

在本系统的设计中使用了许多外围元器件以及模块电路，主要如下：控制器STM32F103ZET6以及最小系统电路、JTAG接口电路、LCD触摸屏模块、MPU6050模块、SD卡、EEPROM存储器24C02、FLASH存储器W25Q64、蜂鸣器、GPS模块、GSM模块。下面将对这些模块分别介绍。

4.1 单片机

4.1.1 STM32F103ZET6概述

STM32F103ZET6是ST公司推出的一款基于Cortex-M3内核的微处理器。STM32具有MCU应用领域的32位处理器的性能，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核单片机。STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。

主要特性如下：

（1）.512K片内FLASH（相当于硬盘）,64K片内RAM（相当于内存）,片内FLASH支持在线编程(IAP)。

（2）.Cortex-M3处理器内核，最高时钟频率可达72MHZ。 （3）.12通道直接内存访问控制器（DMA）。

（4）.8个定时器、2个看门狗定时器和RTC实时时钟。

（5）.42个16位的后备寄存器(可以理解为电池保存的RAM),利用外置的纽扣电池,和实现掉电数据保存功能。

（6）.2个CAN总线模块、5个UART通用串行模块、3路SPI接。 （7）.2个I2C总线模块、2个IIS总线模块，12位、16通道AD转换模块。 （8）.支持JTAG,SWD调试。配合廉价的J-LINK,实现高速低成本的开发调试方案。

（9）.多达112个IO(大部分兼容5V逻辑)，144Pin LQFP封装，引脚图如图4.1所示。

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(1) 供电系统

图4.1 STM32F103ZET6引脚图

4.1.2 STM32F103ZET6外围电路介绍

变化而引起的高频干扰。如图4.2为供电系统电路图。

由以上数据可以看出，本系统所选MCU性能十分卓越。无论是传统51单片

特性的线性稳压器。USB或5V锂电池经过AMS1117-3.3产生3.3V的直流电源供

迈斯公司推出的具有单输出LDO、固定电源（3.3v）、内部电流限制、过流保护

电源电压为3.3v，电源芯片采用艾迈斯公司的AMS1117-3.3。AMS1117-3.3是艾

系统使用。C8可以防止电感效应而产生的自激，C12用来减小由于负载电流瞬时

本处理器在Flash、RAM、工作频率以及外设上具有绝对的优势，性价比较高。

电源是电子设备中必不可少的一部分，它为设备提供了能量。STM32F103ZET6

机或增强型51单片机还是RISC的8位AVR单片机还是16位的MSP430单片机，

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图4.2 供电系统电路图

(2) 晶振振荡电路

STM32F103ZET6有4个时钟源可供使用。分别是内部高速时钟（HSI），内部低速时钟（LSI）、外部高速时钟（HSE），外部低速时钟（LSE）。选择外部高速时钟作为片内时钟来源，主振荡器由OSC0输入管脚输入一个外部单端时钟信号或在OSC0输入管脚和OSC1输出管脚之间连接一个外部晶体。如果主振荡器作为PLL的时钟参考源，那么支持的晶体的频率范围为3.579545MHz-8.192MHz。系统采用8MHz晶振，如图4.3所示：

图4.3 STM32F103ZET6外部晶振振荡电路图

(3) 复位电路

STM32F103ZET6外部复位输入管脚（RST）为低电平有效。按下按键S2能对系统复位。复位电路如图4.4所示：

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