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。
# d& w5 l, U( W- G8 p
' O7 l) c/ V" o( \$ {
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


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
3 Y/ l% X0 y3 Y* F2 h

一、简述功能
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）
* C( Q5 ?5 D5 W3 U6 D2 h  C# k3 U" {# A* [

# Y- b$ e9 e' }2 v- `3 ]: d' M
+ L; `4 z9 ~: v3 v; `6 E$ P

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

- C# ~( Y$ ~1 H) J0 }- ^

  E/ n% Y6 a. X
# U* }3 \+ }% Q% }

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

5 k2 d* z' d' G1 w( R9 ]. a

1 W$ ]/ W9 C' q$ Y
7 n" M; X/ n: d  I6 p* p5 o

二、硬件连线

1 [$ ?: z* V* k
9 j% ?1 m: \8 L) M3 y

墨水屏驱动板     STM32

MOSI          PA7

/ k. [5 }# x$ O$ A' I2 F

CS            PC9

) z7 k* [, z# r

RST           PC8

CLK           PA1

8 Q: H. W' j  {9 N0 {3 C9 `

DC            PC6

BUSY           PC5

4 e6 T6 Z% m5 i( f# N4 B3 r* `
0 w- q1 L& M, ~+ U; i

照片不太看得清楚开发板上的接线，我把原理图放上来

2 m/ D) `5 N. c4 U. f

) U9 b. I: J1 _5 [% m2 M
' D4 `, q& n( b

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）

5 F8 e4 i% u' Y1 N  r9 T" j

三、代码简单讲解

" v: g) c4 ?, y

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。

8 f+ }" i5 e& ~

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

5 k$ ?* O2 g  F* |) P; Y$ c; S  A

' {* K* p* ?* V9 C2 H! L

+ J) B0 {' Y: }5 K1 z

8 Q! k- Y: W" b7 }5 M  J

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

9 N/ l6 w2 t8 u4 ?  Z

***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

第一个是在main.h中，红框这个没有换行，会导致编译报错

7 R, }  I. d) n; U7 e# J

: I/ S8 d; u& k

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

; \( p3 f9 u! H) e- [, I7 h

5 T- B8 w5 L' b

$ `( X) e! z$ X$ w, v( Q
( A% B5 S% @7 s) _
0 E/ t; o: f: U: N/ w

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

" Y$ N4 N/ h, d% ^! B( u8 B

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 */
   ; P# n+ K1 w+ b* [! R
2.   E2213JS0C1_Init(0);
   
3.   /* 是否为首次上电 */
   8 [' j$ P( k- A( ~3 a. |, T) c
4.   if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == RESET)
   
5.   {
   
6.     printf("normal run\r\n");
   
7.     /* 打印RTC时间 */
   7 q( Z* b! ^$ x5 R& H9 z( O0 u9 ]  a
8.     print_rtc_data();
   - d! l9 ^$ u$ F& h1 K
9.     E_Paper_show_first_power_on_page();
   . u# z: c8 s) r7 [6 V
10.   }
    
11.   /* 从standby唤醒后的复位 */
    : X3 V3 ^3 P6 E: @: X2 W
12.   else
    9 }8 l1 [( Y1 M  f& H4 k" O3 c$ @
13.   {
    ! _( G9 o, x! c1 X# Y
14.     printf("wkup from standby run\r\n");
    5 J8 j9 b& T  S7 M: j" g0 g! w
15.     /* 清除standby的标志位 */
      d& v* W9 w2 o& e
16.     __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    
17.     /* 清除闹钟标志位 */
    , A; g. L8 ~' b- i. M, a
18.     __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
    
19.     /* 刷新屏幕 */
    
20.     E_Paper_show_calendar();
    
21.     /* 进入standby模式 */
    4 Y- A8 U& ]) @" f5 Q# n; Z
22.     HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    
23.   }

复制代码

4 u2 F3 P! l+ o+ n8 e* l+ `

5 r; h+ t* s4 @! B# w  e7 {

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)
   - Y; n! N9 j0 Y) m
2.     {
   
3.       if(HAL_UART_Receive(&hcom_uart[COM1], (uint8_t*)&buffer[idx], 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
   / M3 U" t8 K$ _% l0 y% c, n
4.       {
   
5.         if(buffer[idx] == '\n') // 假设\r\n'作为结束标志
   , d. Z7 z' ~3 e3 v' o; H: |+ _
6.         {
   
7.           buffer[idx] = 0; // 添加字符串结束符
   
8.           idx = 0; // 重置缓冲区索引
   - U, T: f& l) o3 H. A6 v
9.           if(ParseATCommandAndSetRTC(buffer))
   , t, r  ^  x# `6 c$ f5 |2 y' X
10.           {
    
11.             printf("Parse AT Command success\r\n");
    & y. o; [/ ]0 C! ?% _, [9 M: A
12.             /* 刷新屏幕 */
    
13.             E_Paper_show_calendar();
    1 r" L# K9 I  J5 B: W
14.             printf("enter standby\r\n");
    
15.             /* 进入standby模式 */
    - ^! O, Z/ V3 P; j4 P
16.             HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    % y4 r1 w& a( r: ]
17.           }
    
18.           else
    + I8 l2 q8 a5 e0 t( V9 q" l+ y9 g
19.           {
    / s8 U/ X% k0 T4 q
20.             printf("Parse AT Command fail\r\n");
    
21.           }
    , Q. y; U$ C( i) F# T
22.         }
    ! J8 ?6 f  Q6 C% F
23.         else
    
24.         {
    
25.           idx++; // 缓冲区索引增加
    
26.           if(idx >= sizeof(buffer) - 1) idx = 0; // 防止缓冲区溢出
    & }9 O9 ]: R: I- x  {
27.         }
    / Z' ~4 I3 o$ b0 A" Y
28.       }
    
29.     }
    ( w- m: {( a3 V/ j9 s$ \

复制代码

! _- `# {" a7 c+ _5 Q, t9 D

6 B) S  d( {2 T. L  v% s& {) e

& Z, t: j1 C! R: E9 q& P+ @

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

, n3 V+ O& Y& s8 o+ s1 V+ g

下面看看解析函数

1. bool ParseATCommandAndSetRTC(char* buffer)
   0 ~5 a) f) r' b
2. {
   
3.   RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
   5 Y/ U/ }+ Z& I) R* L
4.   RTC_DateTypeDef sDate = {0};
   ' U+ A5 y; J8 e, k
5.   unsigned int temp_year;
   ' k' a9 ~% C7 Y2 ]
6.   unsigned int temp_month;
   3 {! ]( _& B2 L# ]) `
7.   unsigned int temp_day;
   
8.   unsigned int temp_weekDay;
   
9.   unsigned int temp_hour;
   ; C) b: J8 Q: e1 e& m: D2 k
10.   unsigned int temp_min;
    
11.   unsigned int temp_sec;
    5 F# I# n) P* R. C# m3 g
12. 
    
13.   /* 检查命令的头对不对 */
    
14.   if(strncmp(buffer, "AT+configRTCdata=", 17) != 0) return false;
    
15. 
    : u) L  y' ^2 x! f% q$ `: c% e
16.   /* 跳过命令头部分，再跳过年的前2个数字 */
    
17.   char* dataPtr = buffer + 17 + 2;
    # i/ W$ j0 f$ z" s
18. 
    . K9 B- N9 Q3 [
19.   /* 解析年、月、日... */
    
20.   if(sscanf(dataPtr, "%2u-%2u-%2u-%2u-%2u:%2u:%2u",
    ) q' b$ K+ o8 q" N* G
21.       &temp_year,
    
22.       &temp_month,
    
23.       &temp_day,
    ; g$ j2 w9 o. O2 W! F
24.       &temp_weekDay,
    7 T( W( b4 }" p. V4 u
25.       &temp_hour,
      W% @2 o3 p3 c, a
26.       &temp_min,
      q  t& t3 O9 |, u4 r* c. J
27.       &temp_sec) != 7)
    $ r7 m  p+ ^) e6 |0 Q
28.   {
    
29.       return false;
    ; B; n! n6 ^' s
30.   }
    - q. R: S  J' {5 _# M
31. 
    
32. 
    " C$ ]. \! X7 h7 ]3 ~+ e
33.   sDate.Year = uint_to_bcd(temp_year);
    : S  B& F1 S3 W* {) I" k# m  i, i0 u+ m
34.   switch (temp_month)
    
35.   {
    
36.     case 1: sDate.Month = RTC_MONTH_JANUARY; break;
    7 M7 q$ u" r2 \& y: z9 `
37.     case 2: sDate.Month = RTC_MONTH_FEBRUARY; break;
    ! K  t2 h2 {# T( |
38.     case 3: sDate.Month = RTC_MONTH_MARCH; break;
    
39.     case 4: sDate.Month = RTC_MONTH_APRIL; break;
    % [- y* }( ~# u  ~
40.     case 5: sDate.Month = RTC_MONTH_MAY; break;
    
41.     case 6: sDate.Month = RTC_MONTH_JUNE; break;
    2 o7 m, Q' I" V7 G' ?$ s
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;
    
45.     case 10: sDate.Month = RTC_MONTH_OCTOBER; break;
    9 c5 D9 D) l% O& @
46.     case 11: sDate.Month = RTC_MONTH_NOVEMBER; break;
    
47.     case 12: sDate.Month = RTC_MONTH_DECEMBER; break;
    
48.     default: return false;
    1 K/ j2 l  N, t  r! F% R
49.   }
    
50.   sDate.Date = uint_to_bcd(temp_day);
    + I) f$ M/ L7 D, L) k
51.   switch (temp_weekDay)
    
52.   {
    
53.     case 1: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY; break;
    
54.     case 2: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_TUESDAY; break;
    0 S& @2 {+ x( o0 a; o, d; `
55.     case 3: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_WEDNESDAY; break;
    4 u3 a$ h& b- h0 t; V
56.     case 4: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_THURSDAY; break;
    8 b/ l# S  j0 V/ `  o1 c9 [
57.     case 5: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_FRIDAY; break;
    7 c  u7 z. T2 ~3 u
58.     case 6: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY; break;
    ( Z- h# F. l0 n8 J( K
59.     case 7: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SUNDAY; break;
    3 J. J8 M% w- K4 P% E/ a  ^
60.     default: return false;
    
61.   }
    
62. 
    3 Q) @3 a( \( V# Y  ?
63.   sTime.Hours = uint_to_bcd(temp_hour);
    5 F, V9 o  h, A2 E
64.   sTime.Minutes = uint_to_bcd(temp_min);
    1 m8 R+ e) d. ]* ~& W( i, [% J$ V
65.   sTime.Seconds = uint_to_bcd(temp_sec);
    + ~5 x' Y) u( J! D' r
66.   sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    1 E, w4 l2 [# p2 b! |1 v  F
67.   sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    
68. 
    ' S" h% J- t# U
69.   set_rtc_data(sTime, sDate);
    
70. 
    + u% P' X2 Q1 K7 _; I0 }
71.   print_rtc_data();
    6 V) K: L) G1 h5 W2 V  ~! V
72. 
    
73.   return true;
    4 w" \" P* v% x7 X. z' B4 U
74. }
    

复制代码

) D* X8 h- w! r( Y' K0 Z

如果解析成功就设置RTC，反之返回false。

; w6 f5 a- f/ S* l. ?# x" C

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. {
   
3.   // 检查输入范围，确保0-99之间
   
4.   if (num > 99)
   6 v2 U0 A' O  `7 y- Q1 }
5.   {
   
6.     // printf("Error: Input out of range. Maximum 99 allowed.\n");
   , h; z8 L! A& d& `% j: j7 d
7.     return 0;
   2 L3 H: h0 ^( F4 D! U
8.   }
   2 C* c; M2 O  R1 Q) D: c
9. 
   / f, G& m$ l  f. F+ u
10.   // 将十进制数转换为BCD
    % E6 Z, H  J% W% @) Y9 E8 y
11.   uint8_t bcd = (num / 10) << 4 | (num % 10);
    
12. 
    : t- ]4 k4 _' s& L
13.   return bcd;
    2 ~2 K, V$ X5 l% N3 n: Q. ~
14. }
    8 ^0 O2 B/ R5 @$ q( Z1 D  V. h

复制代码

# V- S# w9 S1 Z2 T" f

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

  e: `" o2 ?  Q, H9 h5 Y

四、上位机注意事项

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）

6 u5 ^- I+ t% _$ ?/ }4 i

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

. F% f; d! R& ?5 |: F

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

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

# _+ G% d0 c! P  U3 a, n9 [
. }" w$ m5 S4 v! z+ i" C

五、后续改进想法

  [0 b/ j. G/ d% a, |

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

1.LED3这个灯要干掉，他一直亮着耗电

6 O9 w5 J3 }" k# D$ f+ s

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

- _% r, ]0 v9 T( a( f

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。

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

2 Z. d- u( ^5 Y6 w" z) G* ]

5.美化一下界面

8 x; L6 W7 i; ?7 y1 `

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

. F9 c: N& Z' c

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

/ u. o" H. H$ }- z$ }
2 s1 u4 N: x2 [) i+ [4 V5 x
, e0 M* Q' {0 C' r' E" s

4 N* c2 F) H3 X

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

  D+ l8 R) [" C, {' T( t0 W! H7 l4 J& D
1 z  A1 |' |  J8 X3 ?8 |
# ?( y# m$ J, L. W
2 a4 i$ C- b* f5 N

项目源码及上位机如下

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; t% J" f8 s/ c4 V, H! a: N

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7 j1 K: V% t7 S# ?9 r

上位机软件.rar (21.2 MB, 下载次数: 0)

2024-6-8 22:28 上传

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, o. M2 c4 r: C8 ], [8 t