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。


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
( f( ?+ |$ {9 T% j# L

: w; R5 L6 \: m, a, d( {$ O5 F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）
( ]: z& f" ~) w

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

# Q3 |$ s6 G( p8 e

- @7 `8 v1 j% h4 T: c* Z

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

% ^' k* ~6 r5 z

* h  w4 y4 l" r/ {& ]- }  }' W( S
1 w! |- T0 j( G, x4 M( Y
9 h+ V) [$ @7 P; N7 {
: }6 r# s8 @& Y- a; [7 U) a$ z

二、硬件连线

9 F* q  n+ D- ~$ e2 z; Z

' r3 b( d7 V1 z
1 J% c+ g( Q7 ^! Z" _0 `) _' S

墨水屏驱动板     STM32

MOSI          PA7

CS            PC9

RST           PC8

/ S3 R) j7 Q' n9 }3 n/ Q' m

CLK           PA1

3 \9 m( n) a- F( e/ f

DC            PC6

3 d8 V1 l6 D' E) u+ K  ?

BUSY           PC5

5 D. \( g& v6 T/ ]" R' b( C. _  e

照片不太看得清楚开发板上的接线，我把原理图放上来

$ g$ o9 Y6 F5 j. t' N) U" t

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）

( g& S7 S, g. q5 h
1 v: \3 }" I, C1 F6 j4 T

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。

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 C( Y* x3 A1 f7 r

& A- A3 |2 k( k. C+ S$ p( i. j. E

' k4 n2 P+ ?, F3 `

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

' g" w* K8 x& g% g( o: V

! _8 V0 y% Y8 F, h

  D9 R+ G4 }2 i4 `# m  w

***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

3 p, J& R2 e2 L! S) r! V

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

+ S- ]: o* v: r+ s, A

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

/ x; N, V2 g! L: |* [

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 */
   
2.   E2213JS0C1_Init(0);
   + w6 p/ ~6 v+ Y' X9 s# O
3.   /* 是否为首次上电 */
   
4.   if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == RESET)
   
5.   {
   ' [- v* Y: O+ S0 Q6 w8 `. p* R
6.     printf("normal run\r\n");
   
7.     /* 打印RTC时间 */
   
8.     print_rtc_data();
     c% \; |( ~9 D& E: h. `( ~
9.     E_Paper_show_first_power_on_page();
   
10.   }
    
11.   /* 从standby唤醒后的复位 */
    + y  d8 S' |" H+ w
12.   else
    * I. C% D1 h* ^$ h' }- l+ z
13.   {
      Y. q$ E7 V) x: h
14.     printf("wkup from standby run\r\n");
    
15.     /* 清除standby的标志位 */
    
16.     __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    
17.     /* 清除闹钟标志位 */
    
18.     __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
    6 s% |4 h( H4 q  L- E% Y  E* L2 k
19.     /* 刷新屏幕 */
    
20.     E_Paper_show_calendar();
    7 X  `0 y0 p. f  A
21.     /* 进入standby模式 */
    
22.     HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    , f$ C# X( U5 s. j
23.   }

复制代码

3 b. y& r: K) g+ b( e6 [3 ^! d4 o

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)
   ; s5 ^: O+ A& V& z  s
2.     {
   6 N7 {9 H: z: W+ T8 G/ z
3.       if(HAL_UART_Receive(&hcom_uart[COM1], (uint8_t*)&buffer[idx], 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
   8 {" d( b* d+ v
4.       {
   4 w* N; x8 P* s" K8 V" n* ~& Q
5.         if(buffer[idx] == '\n') // 假设\r\n'作为结束标志
   / W8 m* a. B" e) A
6.         {
   
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))
   
10.           {
    
11.             printf("Parse AT Command success\r\n");
    0 O' ~) ^& W9 q  }) }' L/ G# w7 E( \
12.             /* 刷新屏幕 */
    : [4 O# c& I5 }5 k0 K
13.             E_Paper_show_calendar();
    
14.             printf("enter standby\r\n");
    ; }- l& _# H% m5 R5 i& ]8 o, r4 C
15.             /* 进入standby模式 */
    4 y* k3 c5 R8 f) S
16.             HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    4 @3 D$ x. B9 g- X8 \- C
17.           }
    & C9 m: `# t, f4 k$ [, d7 F
18.           else
    1 W4 d1 [  r/ ^- p* N
19.           {
    7 L! k1 j$ R# @9 p9 q- b& j
20.             printf("Parse AT Command fail\r\n");
    + P0 T) \7 ^  |+ O( o0 `# [
21.           }
    . s% m, A7 p% V: E# X( y
22.         }
    
23.         else
    5 k/ t4 Z( b4 `
24.         {
    ) ]+ K5 Q, h; D: S$ J
25.           idx++; // 缓冲区索引增加
    9 f" f/ ^" K0 o2 l
26.           if(idx >= sizeof(buffer) - 1) idx = 0; // 防止缓冲区溢出
    ) k! G. U8 t! [5 C* u
27.         }
    ! [/ e5 Y, g; N. ~' ?) y
28.       }
    
29.     }
    ; v7 [$ N, M) A% T2 e  y; T

复制代码

/ {( [  p$ Q, ]/ @

* {2 J/ f8 ~" ^3 [6 U, K5 @

) d' b: s7 R# U, A

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

下面看看解析函数

1. bool ParseATCommandAndSetRTC(char* buffer)
   , \" z" \8 m* i/ y
2. {
   1 q9 [) b$ E  p, I7 g. _2 e
3.   RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
   0 G' n  A1 E$ z" a
4.   RTC_DateTypeDef sDate = {0};
   
5.   unsigned int temp_year;
   * t4 ^  a1 }' ^1 B: V% \9 p' t
6.   unsigned int temp_month;
   
7.   unsigned int temp_day;
   4 N- b4 c* W5 U9 K
8.   unsigned int temp_weekDay;
   
9.   unsigned int temp_hour;
   4 g  i; z3 S1 Q# X! p. b7 U$ B9 S
10.   unsigned int temp_min;
    + Y5 r( s5 ]! S$ V. i3 N3 C: `
11.   unsigned int temp_sec;
    $ i, t* d" u- W! ^+ q/ |" P
12. 
    9 y; b4 I7 d) z3 ?; {" C5 b' ^& O
13.   /* 检查命令的头对不对 */
    
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 */
    ' P6 v( O; g3 u( c" x/ ^
17.   char* dataPtr = buffer + 17 + 2;
    
18. 
    # w3 c- z1 y/ y7 A6 U; Y# N
19.   /* 解析年、月、日... */
    
20.   if(sscanf(dataPtr, "%2u-%2u-%2u-%2u-%2u:%2u:%2u",
    9 e% ?1 m& s" I$ N
21.       &temp_year,
    5 |; R; M3 T+ {# w; w1 T" J
22.       &temp_month,
    ; F  u' ~1 Z4 K3 A) V& X
23.       &temp_day,
    
24.       &temp_weekDay,
    
25.       &temp_hour,
    0 b' g0 o$ W/ N; S9 v. q
26.       &temp_min,
    
27.       &temp_sec) != 7)
    
28.   {
    ) ?( {, i+ }0 ]
29.       return false;
    7 {9 V. [5 h& O% I5 b. s0 Z8 N- y
30.   }
    
31. 
    0 C5 b" ?' k, s1 q8 Z
32. 
    
33.   sDate.Year = uint_to_bcd(temp_year);
    
34.   switch (temp_month)
    
35.   {
    1 G! e5 e, k- X% W
36.     case 1: sDate.Month = RTC_MONTH_JANUARY; break;
    
37.     case 2: sDate.Month = RTC_MONTH_FEBRUARY; break;
    , A7 R* e* o& X9 H6 k( ]" c) b
38.     case 3: sDate.Month = RTC_MONTH_MARCH; break;
    6 H8 _2 Y* Y# d* o
39.     case 4: sDate.Month = RTC_MONTH_APRIL; break;
    , C( K' n3 x+ H
40.     case 5: sDate.Month = RTC_MONTH_MAY; break;
    
41.     case 6: sDate.Month = RTC_MONTH_JUNE; break;
    ) P5 v$ i# b+ T# L# Y  I
42.     case 7: sDate.Month = RTC_MONTH_JULY; break;
    % Z7 k( F- I: D* q
43.     case 8: sDate.Month = RTC_MONTH_AUGUST; break;
    5 k; Y9 V' N( x8 g0 C: \; ]
44.     case 9: sDate.Month = RTC_MONTH_SEPTEMBER; break;
    
45.     case 10: sDate.Month = RTC_MONTH_OCTOBER; break;
    ) S$ p3 `1 `! C4 ]" o, {9 c% ?
46.     case 11: sDate.Month = RTC_MONTH_NOVEMBER; break;
    
47.     case 12: sDate.Month = RTC_MONTH_DECEMBER; break;
    
48.     default: return false;
    
49.   }
    
50.   sDate.Date = uint_to_bcd(temp_day);
    
51.   switch (temp_weekDay)
    7 K2 s5 z7 l& \
52.   {
    6 f) @# _9 Z; n
53.     case 1: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY; break;
    9 W5 F# c2 R1 \4 l! u: _
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;
    
57.     case 5: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_FRIDAY; break;
    $ s# a0 Q+ q6 A- r
58.     case 6: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY; break;
    
59.     case 7: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SUNDAY; break;
    7 M  \  d' S* @- X3 Y8 r7 F
60.     default: return false;
    
61.   }
    
62. 
    6 R) J# v! b- V  {
63.   sTime.Hours = uint_to_bcd(temp_hour);
    
64.   sTime.Minutes = uint_to_bcd(temp_min);
    4 u  l9 Y7 E% m3 q" V& S
65.   sTime.Seconds = uint_to_bcd(temp_sec);
    
66.   sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    
67.   sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    ! }" @% E* l0 S. D4 u! Y5 B
68. 
    ! X% W# p. m: r/ W+ o& D' X
69.   set_rtc_data(sTime, sDate);
    : Y! N# P/ c% H! M- P
70. 
    
71.   print_rtc_data();
    - p# V6 d+ X) q- P8 R; s& h% g
72. 
    . i( h* P1 z3 ~- k
73.   return true;
    
74. }
    + g, t$ O2 |9 \, ^: Y7 q

复制代码

如果解析成功就设置RTC，反之返回false。

6 P1 ?' f1 h4 G& N$ _7 }
. l6 k, L8 \" w

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
   . H- S" ]6 R* ]6 s# a2 `$ D
4.   if (num > 99)
   5 U8 @# k- m' ]$ o/ B! t/ A; X
5.   {
   
6.     // printf("Error: Input out of range. Maximum 99 allowed.\n");
   
7.     return 0;
   
8.   }
   
9. 
   
10.   // 将十进制数转换为BCD
    
11.   uint8_t bcd = (num / 10) << 4 | (num % 10);
    
12. 
    
13.   return bcd;
    
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

+ P8 Z' z% k8 u9 e" V- c

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）

5 e; y4 y' N5 \$ l

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

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

* Z3 J5 f& V: u0 |. `

4 _* Z4 [; d, F; M! D% _" Y

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

1.LED3这个灯要干掉，他一直亮着耗电

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! A9 H! z# [, z/ ?% g

1 r6 q; O# R- T# U& ^

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。

; d8 s7 C9 a& s% q# \4 O

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

5 [: j% ^- ~- T/ f# h) {2 W) u% H

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

4 d" e: e+ M3 w! c" p6 O

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

8 ]! D7 ^4 N- U' m% H( S
6 f; Y9 d0 G" x: E
: f. \# n  |+ S4 N( X% s# a
. s5 o( q; w8 B5 P4 n
0 ]5 Y+ P+ l" `$ I3 C# m4 {

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

+ C' U1 D( C( W( i# s
  q- @# s6 {4 g9 @/ b5 c/ k
: `3 S) V" U) t: h' ]2 K+ }  |) M

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

点击文件名下载附件

5 w  @# C, r) S5 c; ?

上位机源码.rar (3.48 KB, 下载次数: 1)

2024-6-8 22:22 上传

点击文件名下载附件

- q5 K5 k# m4 t3 Y$ e7 o. N
: d3 R/ M4 A. I  J( b, ^7 v. v+ C

上位机软件.rar (21.2 MB, 下载次数: 1)

2024-6-8 22:28 上传

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6 ?9 y( a' o& L  I, h# P% N

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