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立创Core Insight：基于STC32与ST7789屏的电脑硬件监控副屏DIY全解析

news 2026/8/28 12:17:25

立创Core Insight：基于STC32与ST7789屏的电脑硬件监控副屏DIY全解析

最近看到不少朋友想给自己的电脑桌面加一个酷炫的硬件监控副屏，能实时显示CPU温度、内存占用，还能看网速。市面上的成品要么太贵，要么功能不灵活。今天我就来分享一个自己动手做的方案——立创Core Insight。这个项目用STC32单片机、一块ST7789液晶屏，再加上一个Python写的上位机，就能打造一个完全属于你自己的个性化副屏。我会从硬件选型、电路连接、软件驱动到系统集成，一步步带你走完整个DIY过程，就算你是嵌入式新手，跟着做也能搞定。

1. 项目整体思路：为什么这么设计？

在动手之前，咱们先理清这个项目的核心思路。一个电脑监控副屏，本质上就是让一块小屏幕能实时显示电脑内部的各种状态数据。要实现它，需要解决三个关键问题：数据从哪里来？、图像怎么画？、数据怎么送到屏幕上？

数据源的选择：很多类似项目会用AIDA64这个软件来获取硬件数据，但它不是免费的。我们这个项目选择了HWInfo，它功能强大，并且对个人用户有免费版本。虽然免费版连续使用12小时后需要手动重启一下数据共享功能，但对于日常使用来说完全够用了。

图像渲染的位置：传统做法是在单片机（比如STC32）里生成要显示的图像。但单片机内存小、算力有限，想显示好看的字体和背景图就比较吃力。我们这个项目换了个思路：在电脑上用Python来画图。Python有强大的PIL（Pillow）图像库，画图、加字体、做特效都非常方便。画好一整张图后，再把图像数据通过串口发给单片机，单片机只管“刷屏”显示。这样，屏幕显示效果的上限就大大提高了。

通信链路：电脑和单片机之间通过USB连接，我们把STC32的USB配置成CDC虚拟串口。这样在电脑上，这个副屏就被识别为一个普通的串口设备，Python程序可以很方便地向它发送数据。

简单来说，数据流是这样的：HWInfo软件读取电脑硬件状态 → Python上位机程序获取这些数据并绘制成图像 → 图像数据通过USB虚拟串口发送给STC32单片机 → 单片机驱动ST7789屏幕将图像显示出来。

2. 硬件准备与电路连接

这个项目的硬件部分非常简洁，核心就三样：主控单片机、屏幕和连接它们的电路。

2.1 核心元器件介绍

  1. 主控芯片：STC32G12K128

    • 为什么选它？STC32是国产的增强型51单片机，内核性能比传统的STC89/STC12强不少，最关键的是它内置了USB控制器。我们可以直接把它配置成一个USB CDC设备（虚拟串口），省去了额外CH340这类USB转串口芯片，让电路更简单，通信也更稳定。
    • 它的任务：接收来自电脑的图像数据，并通过SPI接口控制屏幕显示。

  2. 显示屏：ST7789驱动的IPS液晶屏

    • 这是一块1.3寸或1.54寸的屏幕，分辨率通常是240x240或240x135。ST7789是一个很常用的屏幕驱动芯片，协议简单，资料多。
    • 注意：我们选择不带触摸功能的版本，只用来显示，价格更便宜，驱动也更简单。

  3. 其他材料：

    • PCB：你可以根据提供的开源电路图自己打板。
    • 外壳：项目提供了3D打印模型文件，可以自己打印或找商家代打。
    • 螺丝：用于固定屏幕和外壳，规格是M1.2*6。
    • 一些基本的电阻、电容、MOS管，用于电源管理和屏幕背光调节。

2.2 电路设计要点

整个电路的核心连接就是单片机如何驱动屏幕。因为STC32没有硬件SPI外设（或者为了引脚分配更灵活），我们采用了软件模拟SPI的方式来驱动ST7789。

  • SPI引脚连接：你需要将STC32的任意几个GPIO引脚，分别连接到屏幕的SCL（时钟）、SDA（数据）、RES（复位）、DC（数据/命令选择）和CS（片选）引脚。在代码里用软件控制这些GPIO的高低电平变化来模拟SPI时序。
  • 背光控制：屏幕的背光（BLK引脚）通常通过一个MOS管来控制。STC32的一个GPIO引脚连接到MOS管的栅极，通过输出PWM（脉冲宽度调制）信号，就能无级调节屏幕的亮度。这样你就能根据环境光设置一个舒适的亮度了。
  • USB接口：STC32的USBD+和D-引脚直接连接到Type-C接口的对应引脚，用于供电和通信。

注意：电路原理图和PCB布局文件可以在项目的GitHub仓库找到。对于初学者，我建议直接使用作者设计好的PCB文件去打板，能避免很多硬件连接上的坑。

3. 下位机编程：让STC32“听懂”指令

下位机指的是跑在STC32单片机里的程序。它的工作很简单，但必须可靠：建立USB通信和驱动屏幕显示。

3.1 工程搭建与USB-CDC配置

首先，你需要安装STC32的开发环境（比如Keil C51），并创建一个新工程。

最关键的一步是配置USB。STC官方提供了USB的库函数。我们需要将其初始化为CDC（Communication Device Class）模式。这个模式会让电脑把单片机识别为一个虚拟串口（比如COM3、COM4）。

// 示例代码片段：USB初始化 void USB_Init(void) { USBCLK = 0x00; // 设置USB时钟源 USBCON = 0x90; // 使能USB功能 // ... 其他CDC相关的端点配置 IE2 |= 0x80; // 使能USB中断 EA = 1; // 开启全局中断 }

配置成功后，给单片机插上USB线，电脑应该会自动安装驱动（或提示发现新设备），并在设备管理器的“端口”里看到一个新的串行设备。记下它的端口号，后面上位机会用到。

3.2 驱动ST7789屏幕（软件SPI）

接下来是驱动屏幕。我们使用GPIO模拟SPI，好处是引脚可以任意分配，非常灵活。

// 定义模拟SPI所用的GPIO引脚 sbit LCD_SCL = P1^0; // 时钟线 sbit LCD_SDA = P1^1; // 数据线 sbit LCD_RES = P1^2; // 复位 sbit LCD_DC = P1^3; // 数据/命令选择 sbit LCD_CS = P1^4; // 片选 // 向屏幕发送一个字节（8位数据） void LCD_WriteByte(unsigned char dat) { unsigned char i; LCD_CS = 0; // 选中屏幕 for(i=0; i<8; i++) { LCD_SCL = 0; // 时钟拉低 LCD_SDA = (dat & 0x80)?1:0; // 取出最高位发送 dat <<= 1; // 数据左移一位 LCD_SCL = 1; // 时钟拉高，屏幕在此时采样数据 } LCD_CS = 1; // 取消选中 } // 发送命令 void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd) { LCD_DC = 0; // DC引脚拉低，表示接下来发送的是命令 LCD_WriteByte(cmd); } // 发送数据 void LCD_WriteData(unsigned char dat) { LCD_DC = 1; // DC引脚拉高，表示接下来发送的是数据 LCD_WriteByte(dat); }

初始化屏幕时，需要按照ST7789芯片的数据手册，发送一系列初始化命令序列，来设置屏幕的扫描方式、颜色格式、亮起背光等。

3.3 核心任务：接收数据并刷屏

单片机的主循环逻辑非常清晰：

  1. 不断检查USB串口是否有数据到来。
  2. 一旦收到数据（这数据就是上位机发来的一整帧图像），就按照约定好的格式（比如先发命令告诉单片机开始刷图，然后发送实际的RGB像素数据），将数据写入屏幕的显存。
  3. ST7789芯片会自动将显存中的内容显示到屏幕上。
void main() { System_Init(); // 初始化系统时钟、GPIO等 USB_Init(); // 初始化USB-CDC LCD_Init(); // 初始化屏幕 PWM_Init(); // 初始化PWM用于背光调节 while(1) { if(USB_RxFlag) { // 如果收到USB数据 USB_RxFlag = 0; Process_Image_Data(USB_RxBuffer); // 处理接收到的图像数据 } // 其他任务，如检测按键调节亮度等 } }

4. 上位机程序：数据采集与图像生成

上位机是在你电脑上运行的Python程序，它是整个系统的“大脑”，负责所有复杂的逻辑。

4.1 环境准备与HWInfo设置

  1. 安装HWInfo：从官网（https://www.hwinfo.com/download/）下载并安装HWInfo。安装后运行，在启动的弹窗中，务必勾选“仅限传感器”（Sensors-only），这样界面更简洁，只显示我们需要的监控数据。

  2. 开启数据共享：在HWInfo主界面，点击右下角的齿轮进入设置（Configuration）。在“安全”或“共享”选项卡中，找到并勾选“共享内存支持”（Shared Memory Support）。这样HWInfo才会把传感器数据放到一块特定的内存区域，供其他程序读取。

4.2 Python上位机核心逻辑

上位机的代码结构主要包含以下几个部分：

  • 读取HWInfo数据：通过一个C++编写的DLL（动态链接库）来访问HWInfo的共享内存，获取CPU温度、GPU温度、内存使用率、网络速度等原始数据。这个DLL作者已经准备好了，Python直接调用即可。
  • 绘制监控界面：这是最有意思的部分。我们使用Pillow（PIL）这个强大的图像库来画图。
    from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont # 创建一张和屏幕分辨率一样大的图片（例如240x240） image = Image.new('RGB', (240, 240), color='black') draw = ImageDraw.Draw(image) # 加载一个好看的字体 font = ImageFont.truetype('arial.ttf', 24) # 在指定位置绘制文本，例如CPU温度 cpu_temp = get_cpu_temperature() # 从HWInfo获取的数据 draw.text((20, 20), f'CPU: {cpu_temp}°C', font=font, fill='white') # 还可以画进度条、图标等等，完全自由发挥
  • 图像数据发送：将Pillow生成的图像对象转换成单片机屏幕能接受的RGB565格式的字节流，然后通过PySerial库，找到STC32对应的串口号，将数据发送出去。
    import serial # 自动查找STC32的串口号（通过USB的VID/PID识别） port = find_stc32_port() ser = serial.Serial(port, baudrate=115200, timeout=1) # 将图像转换为字节数组 img_bytes = convert_image_to_rgb565(image) # 发送数据 ser.write(img_bytes)
  • 高级功能：
    • 自动重连：程序会检测串口连接状态，如果副屏被拔掉再插上，会自动重新连接。
    • 随系统锁屏/息屏：上位机会监听Windows系统的锁屏和息屏事件，当电脑锁屏或息屏时，自动给副屏发送一个清屏或进入低功耗模式的指令，非常省电和智能。

4.3 打包与运行

为了方便使用，我们可以用PyInstaller把Python脚本打包成一个独立的CoreInsight.exe可执行文件。这样，其他用户不需要安装Python环境，直接双击就能运行。

项目作者甚至利用了GitHub Actions，实现了代码一更新就自动打包，非常方便。

5. 组装、调试与使用心得

  1. 焊接与组装：将所有元器件焊接到PCB上，检查有无虚焊、短路。然后将屏幕用螺丝固定到外壳上，再扣上后盖。
  2. 烧录程序：使用STC-ISP工具，将编译好的单片机程序（.hex文件）烧录到STC32芯片中。切记，第一次烧录可能需要冷启动（先点下载再给板子上电）。
  3. 联调：
    • 将组装好的副屏通过USB线连接到电脑。
    • 打开HWInfo并设置好共享内存。
    • 运行CoreInsight.exe上位机程序。
    • 如果一切正常，你就能在副屏上看到实时刷新的硬件监控信息了！

踩坑与提示：

  • 屏幕不亮：首先检查背光引脚（BLK）的电路和PWM配置是否正确。可以用万用表量一下背光电压。
  • 花屏或乱码：大概率是SPI时序不对。检查软件SPI的时钟频率是否在ST7789支持的范围内，以及数据发送的位顺序（MSB/LSB）是否与屏幕要求一致。
  • 上位机找不到串口：检查设备管理器里STC32的CDC串口驱动是否安装成功。有时需要手动指定一下端口号。
  • 数据刷新慢：因为是通过串口传输整张图片，刷新率不会太高，大概1-2秒一帧。这对于显示硬件监控数据来说完全足够了。如果想更快，可以尝试只更新变化的部分区域，而不是整屏刷新。

这个项目的所有源代码、电路图、外壳3D文件都已经开源在GitHub上（https://github.com/liux-pro/CoreInsight）。你可以直接使用，也可以在此基础上修改，比如更换显示布局、增加监控项（如硬盘温度）、或者改成你喜欢的任何样式。DIY的乐趣就在于此，希望这个项目能成为你嵌入式学习之路上一个有趣的实践。

http://www.cnnetsun.cn/news/1310906.html

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