本文是STM32U0测评系列的最后一篇。我认为STM32U0最吸引我的就是他极致的低功耗，ST官方也说他非常很适用于水表等产品的应用，于是我只做了一个电子墨水屏RTC日历。

; Y% E: f& ?5 o4 f+ ]) m9 a( N
/ q+ E, h4 s# I$ m  R; s0 `一开始我是想做日历+时钟+温湿度。但是很可惜我手上的这块电子墨水屏不能局部刷新，只能全刷，而全刷要15s，也就是说1分钟内只有45s是正常显示的，这也太鸡肋了，完全没有实用性可言，所以最终决定就只做日历，一天刷新一次，功耗也是嘎嘎低
- }# ]9 a/ D# f9 S# I

由于中途有很多调试工作，我就不再一步一步讲解是怎么做的，简单讲解一下demo功能、接线、代码逻辑、上位机使用注意、后续改进想法等

7 W3 C' l0 J7 `+ w
一、简述功能
6 t0 g. X$ E' Z( Q4 [使用STM32U08 NUCLEO开发板外接一块我自己做的电子墨水屏驱动板（软硬件已开源，地址：https://github.com/BUYITAO/My_E-Paper_Driver），显示当前的日期，每天24点整由RTC闹钟唤醒刷新屏幕，平时MCU都处于STANDBY，这样可以让整个系统处于最低功耗状态。正常显示如下（偷懒了，没有做界面美化设计，请见谅）

系统首次上电后由于RTC参数丢失，会处于默认的预设状态，需要用户手动设置一下时间，此时电子墨水屏显示“Please config RTC data”，如下图所示

: i* r5 n+ e* _( Q

4 @; V  V  S; I  n4 z: o% _  J

用户可以通过串口发送配置参数（这个我做了一个上位机可以一键发送配置指令），MCU收到后，刷新屏幕，再进入standby。上位机界面如下图

二、硬件连线

  n5 |1 E- O/ l+ T1 K, h  t0 ]" _0 R

墨水屏驱动板     STM32

MOSI          PA7

0 N$ A6 C" _9 i# @1 u1 e$ V

CS            PC9

RST           PC8

CLK           PA1

2 m. F8 ^* y/ i3 U

DC            PC6

: z; k4 P; k4 s- c3 ?5 y! o

BUSY           PC5

. |  k( J: p! {4 f! ~& y
4 X4 c9 W5 m8 |5 W4 r6 d

照片不太看得清楚开发板上的接线，我把原理图放上来

8 i3 k' g" A2 Q! @

然后串口部分我借用了STlink的VCP（这个最后改进点部分我会讲到，用这个其实对功耗影响挺大的，后续打算改掉）

三、代码简单讲解

根据之前做的功能设计，我在上一篇“【NUCLEO-U083RC评测】⑧RTC&STANDBY Alarm唤醒功能”工程的基础上继续开发。

" S& O5 u/ t  t  d" P- i$ a0 @" J

CUBEMX打开SPI，然后配置了GPIO。这样就可以实现与电子墨水屏的通讯

6 I3 `: u2 b" x: [: [, q6 u

然后把GPIO和SPI的库改成LL库（个人习惯，这些基础的外设以前LL库用惯了，毕竟可以看代码学习对应寄存器的操作），然后生成代码即可

6 b% `% R0 d/ J+ e9 j6 ?

6 n! A5 S& f, ^  Y' o4 v7 W! S$ y

3 ?! q6 W( M& Y2 s5 \7 [/ V

***这里需要注意一下生成的代码有两个BUG，毕竟现在U0的PACK才第一版，有点BUG很正常，希望ST可以看到我的这个文章，在后续的版本中修复一下

* R" y# A7 l  [' o/ u0 ?1 J$ c

第一个是在main.h中，红框这个没有换行，会导致编译报错

5 K! |7 V4 F" }" p1 O! c/ [6 O

" n( t! ?; F, X) J% x

第二个是生成的工程会强制设置为V6编译器，V6编译会疯狂报错，改成V5就好

1 R) `- I4 d! k( h

然后关于电子墨水屏的移植、配置啥的我就不细讲了，在我分享的github上有详细的readme。接下来简单看一下功能代码

. T( V( Z$ X! b( q  [- }; O

while1前我会初始化墨水屏，然后判断是否为首次上电。如果是首次上电，就让墨水屏显示“Please config RTC data”，反之就清除标志位，刷新屏幕（到这里就是RTC闹钟到时间了，要刷新屏幕，显示新的日期），然后再进入Standby

1.   /* 初始化墨水屏 */
   3 _) l6 M: q& y! e$ t
2.   E2213JS0C1_Init(0);
   + L2 G: ?; }& W
3.   /* 是否为首次上电 */
   % H$ ~$ e2 f5 A* o
4.   if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == RESET)
   ( I4 x, t. L% O8 K- l
5.   {
   
6.     printf("normal run\r\n");
   ! @/ U- {4 H+ H( `
7.     /* 打印RTC时间 */
   - w' Y# D5 S4 }9 r3 T8 u/ D% w
8.     print_rtc_data();
   
9.     E_Paper_show_first_power_on_page();
     Z9 H% B# S8 H$ P. j: ?
10.   }
    
11.   /* 从standby唤醒后的复位 */
    
12.   else
    
13.   {
    
14.     printf("wkup from standby run\r\n");
    
15.     /* 清除standby的标志位 */
    9 |+ n6 B& C3 l9 p1 C
16.     __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    
17.     /* 清除闹钟标志位 */
    ; y& D8 j& x4 x) a5 `2 o0 B# l; h
18.     __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
    
19.     /* 刷新屏幕 */
    ( v4 I# B! C3 n' Z
20.     E_Paper_show_calendar();
    9 v7 d* R  a+ O$ ~  R* Y
21.     /* 进入standby模式 */
    
22.     HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
      S4 z! C5 x6 C! V+ N# d
23.   }

复制代码

! _: Z0 ~7 M* b) ]* k" l

如果是首次上电的，可以看到没有调用standby函数，所以他可以向下进入while1，while1中的函数如下

1.     if(HAL_UART_GetState(&hcom_uart[COM1]) == HAL_UART_STATE_READY)
   
2.     {
   
3.       if(HAL_UART_Receive(&hcom_uart[COM1], (uint8_t*)&buffer[idx], 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
   
4.       {
   $ p+ L3 X' h! v
5.         if(buffer[idx] == '\n') // 假设\r\n'作为结束标志
   
6.         {
   $ Z7 I9 Y! `2 I) v( D) x
7.           buffer[idx] = 0; // 添加字符串结束符
   
8.           idx = 0; // 重置缓冲区索引
   
9.           if(ParseATCommandAndSetRTC(buffer))
   * R1 V% ^7 j% i; R: }; c
10.           {
      D9 z0 O  y! h4 M/ |: `
11.             printf("Parse AT Command success\r\n");
    
12.             /* 刷新屏幕 */
    " u, v: o7 c+ W" `4 a
13.             E_Paper_show_calendar();
    
14.             printf("enter standby\r\n");
      h0 p4 @0 f- l8 |; l' N
15.             /* 进入standby模式 */
    
16.             HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    / q0 j- X! o6 P! ]; H  W( @
17.           }
    , i, t5 n3 Y4 w+ u, T
18.           else
    
19.           {
    
20.             printf("Parse AT Command fail\r\n");
    
21.           }
    
22.         }
    . ]! S( T* j( p
23.         else
    , y& F/ W1 P' {
24.         {
    $ Y* o/ S1 n% T8 v0 b  W
25.           idx++; // 缓冲区索引增加
    $ v* M2 G* m; G0 d  l( J
26.           if(idx >= sizeof(buffer) - 1) idx = 0; // 防止缓冲区溢出
    
27.         }
    9 }. a. J. H- r. ^2 I
28.       }
    5 V& \+ X, h: [# e: R- w
29.     }
    

复制代码

! J% @9 G$ q1 Q! C; j

会一直去获取串口收到的数据，如果找到\n就认为收到一包数据，然后去解析，解析成功就刷新屏幕显示日期，然后进去standby。反之继续接收

/ x: h+ D% T! i: ?( ^( ^; q

下面看看解析函数

1. bool ParseATCommandAndSetRTC(char* buffer)
   / {/ _+ `8 r1 h4 ~; T: P
2. {
   
3.   RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
   * h& r7 _9 }/ a9 D) h
4.   RTC_DateTypeDef sDate = {0};
   
5.   unsigned int temp_year;
   
6.   unsigned int temp_month;
   6 i) O6 G- m- H3 Y& |
7.   unsigned int temp_day;
   
8.   unsigned int temp_weekDay;
   
9.   unsigned int temp_hour;
   
10.   unsigned int temp_min;
    - c$ s7 x  K& B" p5 I' R4 C
11.   unsigned int temp_sec;
    # M' S8 b9 K4 K: [
12. 
    / T& ^0 x4 b, |$ [3 z5 I8 `
13.   /* 检查命令的头对不对 */
    * f$ v7 q! B3 E' m9 M8 W! a
14.   if(strncmp(buffer, "AT+configRTCdata=", 17) != 0) return false;
    
15. 
    
16.   /* 跳过命令头部分，再跳过年的前2个数字 */
    8 t5 j) w8 t% F
17.   char* dataPtr = buffer + 17 + 2;
    ) B% t4 b% i% X* F0 |  O2 k
18. 
    
19.   /* 解析年、月、日... */
    ! e0 R3 n5 j. O4 _4 @+ v
20.   if(sscanf(dataPtr, "%2u-%2u-%2u-%2u-%2u:%2u:%2u",
    - `- x) s) D* w% ?: e" ^4 C8 g. `4 |
21.       &temp_year,
    + M( m; J8 t' W2 w( i  J! t
22.       &temp_month,
    
23.       &temp_day,
    9 [2 V; x' H7 @& w1 _/ Z
24.       &temp_weekDay,
    
25.       &temp_hour,
    
26.       &temp_min,
    . v- G0 V) s9 i
27.       &temp_sec) != 7)
    ( A+ e+ G2 V; Q3 Q7 E# ?: H1 u
28.   {
    & X0 w4 i" t  H1 z1 P
29.       return false;
    
30.   }
    , {% V  p9 `6 J% ]
31. 
    
32. 
    ; `" ^2 I3 _5 L0 x; I
33.   sDate.Year = uint_to_bcd(temp_year);
    
34.   switch (temp_month)
    ( s: [& z# C+ {; J+ T
35.   {
    ( N4 @* j5 Z3 h5 p7 q  X, [+ R+ F+ B
36.     case 1: sDate.Month = RTC_MONTH_JANUARY; break;
    2 E1 Z7 ]) O6 k5 r- B, C
37.     case 2: sDate.Month = RTC_MONTH_FEBRUARY; break;
    6 r- y- \! L) Q5 ~3 x  p
38.     case 3: sDate.Month = RTC_MONTH_MARCH; break;
    
39.     case 4: sDate.Month = RTC_MONTH_APRIL; break;
    7 ]+ g& q! E% v* N
40.     case 5: sDate.Month = RTC_MONTH_MAY; break;
    
41.     case 6: sDate.Month = RTC_MONTH_JUNE; break;
    ( _( M; h- ?, w% s, A$ g  {, U8 F
42.     case 7: sDate.Month = RTC_MONTH_JULY; break;
    
43.     case 8: sDate.Month = RTC_MONTH_AUGUST; break;
    
44.     case 9: sDate.Month = RTC_MONTH_SEPTEMBER; break;
    : q) u9 C% _& e* u) b" ^' \
45.     case 10: sDate.Month = RTC_MONTH_OCTOBER; break;
    
46.     case 11: sDate.Month = RTC_MONTH_NOVEMBER; break;
    ; Y7 Y/ y: d+ l
47.     case 12: sDate.Month = RTC_MONTH_DECEMBER; break;
    
48.     default: return false;
    
49.   }
    5 d6 }9 A+ ?) K# U: F4 x
50.   sDate.Date = uint_to_bcd(temp_day);
    
51.   switch (temp_weekDay)
    
52.   {
    9 L& N3 R9 X$ o& `" v
53.     case 1: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY; break;
    4 T1 m  u. w5 _. n
54.     case 2: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_TUESDAY; break;
    
55.     case 3: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_WEDNESDAY; break;
    
56.     case 4: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_THURSDAY; break;
    ; {* i1 G& E+ |0 _8 ]% X
57.     case 5: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_FRIDAY; break;
    8 U; O& D8 Y5 s# ?
58.     case 6: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY; break;
    
59.     case 7: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SUNDAY; break;
    
60.     default: return false;
    - s7 S  \) t! ]! }6 s1 x
61.   }
    
62. 
    
63.   sTime.Hours = uint_to_bcd(temp_hour);
    * K+ f! D/ W2 z% C2 S+ a2 R5 P0 R( U
64.   sTime.Minutes = uint_to_bcd(temp_min);
    
65.   sTime.Seconds = uint_to_bcd(temp_sec);
    + ^7 [' Z1 G/ X% b: w1 d) o
66.   sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    
67.   sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    
68. 
    
69.   set_rtc_data(sTime, sDate);
    
70. 
    ( a" d8 ~) s3 M/ N) y3 T
71.   print_rtc_data();
    7 G4 l, F8 S) t  Z8 G* t7 \3 e
72. 
    
73.   return true;
    & w# i- c2 Z9 [3 Y
74. }
    9 m1 M* s: e5 Q6 S1 X9 @

复制代码

& Q+ L8 s1 t2 t% t, p3 j

如果解析成功就设置RTC，反之返回false。

5 b, C8 k8 D  b: ~! _

我输入的串口数据是十进制的，但是RTC使用的是BCD，所以需要转换一下，这就是uint_to_bcd函数，他的内容如下

1. uint8_t uint_to_bcd(unsigned int num)
   
2. {
   * c5 R, b* e7 y
3.   // 检查输入范围，确保0-99之间
   
4.   if (num > 99)
   
5.   {
   6 \4 T9 J* D6 I! V- U. V* u
6.     // printf("Error: Input out of range. Maximum 99 allowed.\n");
   9 O8 F3 o8 T& E3 O
7.     return 0;
   
8.   }
   0 T( V9 G4 m! x: q- n. O2 ?
9. 
   
10.   // 将十进制数转换为BCD
    
11.   uint8_t bcd = (num / 10) << 4 | (num % 10);
    
12. 
    
13.   return bcd;
    , m/ t: L5 G/ E% |$ c6 W1 w
14. }
    

复制代码

核心的逻辑代码都在这里了，屏幕显示的函数与具体逻辑无关，我就不展示了，可以自己去看附件中代码

6 ~$ v' q+ b/ a0 |
- L4 C) l" H$ B, X2 }2 d- U6 T

四、上位机注意事项

% }4 Z) |4 C* ?6 I

上位机软件是用python+tkinter+serial写的，所以保证你的电脑上安装了python环境（我这边是最新的3.12.4），然后要安装tkinter、serial的库，否则运行时会报错：“ModuleNotFoundError: No module named ‘tkinter'”或“ModuleNotFoundError: No module named ‘serial'”（我忘记是serial还是pyserial，大致就是这么个意思）

& W3 L* ^/ \! n

你可以用以下指令查看是否安装这两个库

1. python -m tkinter

复制代码

如果安装了，会弹出一个窗口，这是tkinter的一个demo

1. python -m serial

复制代码

如果安装了，会打印 出可以用的COM口

3 v! T& C9 p% c  t

如果你没安装，可以用以下命令安装serial

1. pip install pyserial

复制代码

tkinter一般都是在安装python时自动安装的，如果你没有可以看一下这个文章

' o6 M6 e# D- }# v

然后上位机我也提供源码在附件，如果EXE实在无法运行，可以尝试用VSCODE调试运行，我这边之前就是调试可以运行，EXE无法运行，需要安装东西，很奇怪

然后便于测试，我提供了强制写入23点59分30秒的版本，可以通过注释以下代码来实现

% W* W/ f# C! F9 V) L

+ a0 s( p( d4 v' r

五、后续改进想法

这个demo现在其实处于一个初始状态，低功耗部分还没有调试过，目前已知的硬件上肯定需要做调整，否则功耗挺高的

! C( k4 O/ }. U& D

1.LED3这个灯要干掉，他一直亮着耗电

" j4 z4 |& W% _1 v' N% C

2.供电及串口，之前我测试standby功耗是是选择使用CHG跳帽的，现在为了可以借用STLINK的VCP被迫选择STLK，这会增大功耗，后续我打算使用外部的串口，供电改回CHG。板子上需要把SB48/45焊接一下，这样串口可以引到arduino的D1、D0口上，配置完时钟后拔掉接线

  o- e; J# d0 i7 s' P

. X) t+ E+ h9 Y4 }  X

3.STlink VCP的R23、24电阻干掉，我一直怀疑MCU会有电从这个漏过去，导致之前测量的功耗高，反正现在打算用外挂的串口，这个我就直接干掉。

& u) l# l$ r- S3 s

4.配置RTC的机制有点不灵活，用户想要配置RTC，必须断电再上电，不友好。毕竟RTC时间长了就会偏，手动重校时是必须的。后续可以把板载的用户按键利用起来，把它作为唤醒源，当按下后，MCU WKUP，等待用于输入配置指令。多久没收到正确的指令就再进入standby

5.美化一下界面

6 j2 B2 N6 |( M, s) k8 Y5 Y* Z

6.增加wifi模块，这样可以实现每天网络校时，并且还可以获取天气预报信息，让屏幕看上去不那么空

/ {, t6 U) i3 _4 p) T

7.如果有合适的液晶段码屏，可以加上，用于显示温湿度数据，躲开了电子墨水屏的问题

: q# d0 N! U( H6 H! o/ z
2 v/ M* T/ ?4 U9 r& c7 w8 H3 v3 |
3 M# d& u; h- Z7 ?2 R

感谢各位读到这里，如果你有更好的想法或者有疑问或者代码有错误，欢迎在评论区交流

7 _; z/ T( a5 D" c* t- w$ i' O& d
* a+ [: q; D: v( t

! G( U3 ^' Q  `+ i  i+ a

项目源码及上位机如下

STM32U0_RTC_E-Paper_calendar.rar (13.95 MB, 下载次数: 3)

2024-6-8 22:24 上传

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8 O5 D& N% V& G2 N4 e
) P7 w5 j3 u: i2 w1 D& d# n! n

上位机源码.rar (3.48 KB, 下载次数: 1)

2024-6-8 22:22 上传

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上位机软件.rar (21.2 MB, 下载次数: 1)

2024-6-8 22:28 上传

点击文件名下载附件

( a8 x' N* J0 M3 r" ?5 @1 {

3 P; l. ]5 n  B( j! E+ x

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