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
+ Y) n% M4 v1 c3 ?) I9 Y, }

) X! ]0 D; |; l1 t" q* D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

2 q& f1 Y( s2 Z! B1 g* K
- C% J  Z5 ?6 r: q2 T: w一、简述功能
! y" l* M' a) y/ q9 S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）
7 `! l& y# ~0 d$ k. \: G0 t

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

. U4 N: d4 Q) r4 l. ?$ M# I5 L

+ V& B5 A0 `/ }' R, |
- q8 D0 ^* m: _6 j/ B, c: U) x

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

$ F( o7 O  q  J+ F) {0 V3 P: U
( d' Y2 X* d8 M; H7 A0 p8 d( G

- ?- ^/ x1 O; Z- D9 p& I3 W

二、硬件连线

( I) Q+ R/ B5 J! q, Y0 M/ H( i

墨水屏驱动板     STM32

MOSI          PA7

0 D) v/ m" ]( w# p# t

CS            PC9

RST           PC8

$ U. J3 Z$ `; c/ |

CLK           PA1

' |! ~5 U; Y# y) T- s! u- `

DC            PC6

( W4 a7 m8 B1 w( P

BUSY           PC5

0 Z& w( w  V  e4 _

照片不太看得清楚开发板上的接线，我把原理图放上来

/ u1 {& t7 k2 a4 l

7 j. }2 M% s- O

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）

3 X0 I+ E  D6 L! w% X2 S& d# `
& P" @6 K: x8 m0 [; |0 L2 b

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

+ [, Z* R3 Q7 {- G( W! I

: R& [7 K6 j6 e

4 _6 U6 x' X  V3 \9 T

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

, ~' j8 q4 V* e2 c, f! U

***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

, [+ O: o" @: k" B

第一个是在main.h中，红框这个没有换行，会导致编译报错

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

) g+ I' O, ^% ]* F! Y- T5 ?

, X8 J. A, s2 [* n1 ~

8 t2 p4 m+ k9 E1 ^$ @: F
6 c/ Y# D% W; S- D" I! u2 t

: m& W! X! h2 H( Y

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

# b6 ~& t2 G7 p& ?

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);
   
3.   /* 是否为首次上电 */
   * J% B: [7 u% v7 V, ]. h8 K- P
4.   if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB) == RESET)
   
5.   {
   ' f) E1 [, O5 Y8 w; e! R& U
6.     printf("normal run\r\n");
   
7.     /* 打印RTC时间 */
   - U" b- S: Z  b3 J( T1 T7 y
8.     print_rtc_data();
   
9.     E_Paper_show_first_power_on_page();
   
10.   }
    
11.   /* 从standby唤醒后的复位 */
    , y* Z: }( V* o3 p; D
12.   else
    
13.   {
    
14.     printf("wkup from standby run\r\n");
    : s" {8 @4 y' L! E
15.     /* 清除standby的标志位 */
    " u8 X0 F( G" _) k
16.     __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    
17.     /* 清除闹钟标志位 */
    7 t) M  U  l6 `3 [! K5 t
18.     __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
    " [8 u- T8 ^% d
19.     /* 刷新屏幕 */
    8 p% E- Z+ c, J3 d+ m3 D
20.     E_Paper_show_calendar();
    
21.     /* 进入standby模式 */
    
22.     HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    4 }0 J$ Q$ L/ {3 E0 y$ I
23.   }

复制代码

- i* z* t+ o* ?. o6 r) y: M+ 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)
   
2.     {
   + _  q. U3 l( U$ B+ p/ D
3.       if(HAL_UART_Receive(&hcom_uart[COM1], (uint8_t*)&buffer[idx], 1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)
   
4.       {
   
5.         if(buffer[idx] == '\n') // 假设\r\n'作为结束标志
   0 [5 p, q! d' C" D" i
6.         {
   
7.           buffer[idx] = 0; // 添加字符串结束符
   
8.           idx = 0; // 重置缓冲区索引
   : M& Q( W) \. o9 e
9.           if(ParseATCommandAndSetRTC(buffer))
   
10.           {
    
11.             printf("Parse AT Command success\r\n");
    
12.             /* 刷新屏幕 */
    
13.             E_Paper_show_calendar();
    
14.             printf("enter standby\r\n");
    ! K' k. E& R9 L
15.             /* 进入standby模式 */
    1 h% f4 f1 P; _' s; |2 ?
16.             HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
    
17.           }
    3 {/ u1 d0 o$ E% f
18.           else
    
19.           {
    ( u+ c" q% E1 [9 Y
20.             printf("Parse AT Command fail\r\n");
    
21.           }
    & L6 y( N. [: A  a% l  n2 A
22.         }
    
23.         else
    
24.         {
    / o; U7 [( L8 Y* u& N* @
25.           idx++; // 缓冲区索引增加
    
26.           if(idx >= sizeof(buffer) - 1) idx = 0; // 防止缓冲区溢出
    
27.         }
    " j. `% I) L# ?% A/ q8 y- ]
28.       }
    
29.     }
    

复制代码

: _2 l4 s+ H+ g: q0 T$ Y- F

# d' w. X* H' F* ~. j/ b/ o4 _

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

5 S" r6 z& Z: N$ h' c3 P& K& |

下面看看解析函数

1. bool ParseATCommandAndSetRTC(char* buffer)
   
2. {
   
3.   RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
   
4.   RTC_DateTypeDef sDate = {0};
   2 _& R1 T0 n' n
5.   unsigned int temp_year;
   
6.   unsigned int temp_month;
   
7.   unsigned int temp_day;
   ' \" X: a2 Y; W1 Z) a
8.   unsigned int temp_weekDay;
   1 Q6 o; N& |' B! b
9.   unsigned int temp_hour;
   1 A+ K: y- Z0 T) C2 f
10.   unsigned int temp_min;
    5 f' S; N- x# x$ k7 p1 ?
11.   unsigned int temp_sec;
    1 [% b; F" \$ A0 n% ]0 N) Y
12. 
    * z- J5 o, c# p8 M
13.   /* 检查命令的头对不对 */
    + p9 P8 Y( A: R' ^$ r* E: N, X
14.   if(strncmp(buffer, "AT+configRTCdata=", 17) != 0) return false;
    4 }  [- U; |5 j/ j+ v: L! Y
15. 
    & o+ z( A+ x) }0 L  q# B1 l0 h
16.   /* 跳过命令头部分，再跳过年的前2个数字 */
    . a7 E! E$ ~( _: [! o5 l
17.   char* dataPtr = buffer + 17 + 2;
    
18. 
    
19.   /* 解析年、月、日... */
    8 \( X9 K( V* I& ]! B
20.   if(sscanf(dataPtr, "%2u-%2u-%2u-%2u-%2u:%2u:%2u",
    ( E7 f5 Y* w+ i0 |4 `! ~) s- ]
21.       &temp_year,
    # |/ x9 P& g+ z6 u" l5 ?3 E
22.       &temp_month,
    : i# d; b9 v6 l2 n2 e2 B
23.       &temp_day,
    
24.       &temp_weekDay,
    
25.       &temp_hour,
    
26.       &temp_min,
    + j. Z3 w) B% ?2 i* ^6 i
27.       &temp_sec) != 7)
    7 z' \/ w& k1 T9 t0 W* {' g
28.   {
    . @! z8 W( V  J; H; P; K6 l# ?
29.       return false;
    
30.   }
    # u3 C; h' k6 z& p2 {$ ^3 @& P/ Z
31. 
    2 x+ u4 j  K7 n3 h7 T- S# `3 N
32. 
    2 j6 C0 V4 k/ p9 o* v7 ]5 i: ^+ X
33.   sDate.Year = uint_to_bcd(temp_year);
    2 \9 t( s) c. [1 X8 h
34.   switch (temp_month)
    8 Q  [  }' D5 q$ O" ]' S9 ~
35.   {
    , ~) m2 q3 T& I7 U; H' M. b0 y
36.     case 1: sDate.Month = RTC_MONTH_JANUARY; break;
    $ k6 ~, s+ I6 r% L6 a/ b* i, {
37.     case 2: sDate.Month = RTC_MONTH_FEBRUARY; break;
    
38.     case 3: sDate.Month = RTC_MONTH_MARCH; break;
    
39.     case 4: sDate.Month = RTC_MONTH_APRIL; break;
    ! j, m; I  L% j; o* c& Q! Y% P3 R  D
40.     case 5: sDate.Month = RTC_MONTH_MAY; break;
    
41.     case 6: sDate.Month = RTC_MONTH_JUNE; break;
    7 _  t5 B& I) L! Z: L8 d
42.     case 7: sDate.Month = RTC_MONTH_JULY; break;
      }; i- w& b: M
43.     case 8: sDate.Month = RTC_MONTH_AUGUST; break;
    ; c* j3 _* j, |" _) y2 L
44.     case 9: sDate.Month = RTC_MONTH_SEPTEMBER; break;
    2 b- [  j3 E" ]  }
45.     case 10: sDate.Month = RTC_MONTH_OCTOBER; break;
    
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);
    , N! Z6 c3 b# l$ C
51.   switch (temp_weekDay)
    ! s& Y4 c8 L3 ?" _, p& \$ m- y9 }  Y
52.   {
    
53.     case 1: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY; break;
    
54.     case 2: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_TUESDAY; break;
    % w/ s% |- R' u* x7 Q1 d3 n
55.     case 3: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_WEDNESDAY; break;
    , T: Z+ N3 W) f& a
56.     case 4: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_THURSDAY; break;
    : b- I6 @$ z& r5 X+ K
57.     case 5: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_FRIDAY; break;
    7 D# E4 g# W4 J. ?) o4 y' N
58.     case 6: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY; break;
    
59.     case 7: sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SUNDAY; break;
    / y/ u" k! b* g$ V4 R
60.     default: return false;
    
61.   }
    
62. 
    
63.   sTime.Hours = uint_to_bcd(temp_hour);
    1 Y+ H0 O( p- F# {2 J
64.   sTime.Minutes = uint_to_bcd(temp_min);
    9 @1 W! h; [) z, s) j! S$ t
65.   sTime.Seconds = uint_to_bcd(temp_sec);
    , S' w* I5 E% F1 N
66.   sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    
67.   sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    7 ]) {2 `! J: }5 e, ~' W
68. 
    4 [7 k& r& D, ]8 t; |4 X) Q, c
69.   set_rtc_data(sTime, sDate);
      }2 |% `- a: r# D
70. 
    , c, C! s4 V* L
71.   print_rtc_data();
    
72. 
    
73.   return true;
    
74. }
    

复制代码

如果解析成功就设置RTC，反之返回false。

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
   & O% I3 |' B8 q0 \+ m
4.   if (num > 99)
   + E% x9 j3 ^( Y: L* W3 D. k
5.   {
   3 i& C" p4 X8 J* [1 h
6.     // printf("Error: Input out of range. Maximum 99 allowed.\n");
   , l, a$ t( I5 a( K9 ^
7.     return 0;
   4 U8 n8 l" B/ R
8.   }
   9 B# _- p3 E. j  H8 U2 O
9. 
   ! t- ?" G1 R/ c. V- n2 F3 D
10.   // 将十进制数转换为BCD
    : M+ G) b5 c1 d& N+ K9 {+ R
11.   uint8_t bcd = (num / 10) << 4 | (num % 10);
    
12. 
    
13.   return bcd;
    5 E# e: n7 R4 V) d( ^7 Y
14. }
    

复制代码

( @$ ]3 D9 r8 l" z. I0 d

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

9 d$ b9 m. A* i' A, e

四、上位机注意事项

/ ]+ U* {5 h5 E  k0 o. w

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 M+ B2 Q+ ]& s7 L; L/ }2 c
% Y! [; E, @& W3 \) |  e5 L. k
: r+ X; f; Q+ u3 i" M& ~. z0 f) j" B

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

+ X. e, ^& f6 e( @

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

% ^. G$ n9 t" M! Y9 c

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

8 U$ t' x/ m# o6 }' w. L

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

+ H' H0 }. ]+ G$ I: t; @

1.LED3这个灯要干掉，他一直亮着耗电

8 y2 t2 {& q4 Z9 m! t6 E

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

7 ?8 l& O% e5 n9 ?. q5 m6 K0 H

) Z  p4 C, o: E4 ]0 r" C4 l

2 m1 R0 E+ X2 O* a  Y3 Z: l

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

1 {; _3 T7 [3 K! c* d; c

5.美化一下界面

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

$ P2 d* r) Q8 C: f- o) t3 L9 O! d

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

7 E0 g# \$ D! P) {, B7 d


; R; X" W9 ~( w- Z3 N

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

/ o+ F4 R0 {3 ~$ W# K  m9 z; j4 g
/ A. A: X2 a' i; x1 i/ n5 \2 b
+ `* t/ |! H2 @" h8 w2 S

项目源码及上位机如下

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6 }" @7 [) C3 u) j& v" i) \

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$ J6 A4 |- E5 O$ Y! l

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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$ ^1 h, \2 o9 N

$ b: ~3 w. F' v6 \4 d+ `