基于STM32F103的“口袋”控制平台的模拟钟/数字钟

内容介绍

器件一览

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实现目标：完成模拟时钟/数字时钟显示，时间设置，整点报时，姿态感应旋转屏幕等功能。

平台选择：STM32CubeMX，Keil5 MDK

原理简介及实现过程：

借助STM32CubeMX配置各IO引脚，外设驱动，LCD驱动引脚，按键驱动，IIC驱动，RTC驱动，以及单片机内部时钟配置等，通过可视化配置外设，大大提高开发效率，Keil5 MDK用于CubeMX生成的工程进行代码编写，编译，通过板载仿真器Dap-link，进行仿真，烧录。
显示功能需要由该开发板的LCD实现，故首先需要完成LCD驱动，该LCD采用的是驱动IC的SPI接口，由于相连的引脚没有可使用的硬件SPI可供使用，所以进行软件SPI的编写（正点、野火资源很多，成功移植即可）。驱动成功后能够调用一些GUI画图函数初步实现简单的构图或打印数字字母等；
既然是时钟，就需要一个稳定可靠的计时功能，有两个选择，首先想到的就是用定时器控制，定时1s产生中断来达到计时功能；另一个是RTC(Real Time Clock)实时时钟来计时，开始我也没想到这个，后来看芯片用户手册看到了，百度了解才知它是单片机内专门用来提供日历时钟功能，还具有闹钟中断和阶段性中断功能。得益于STM32CubeMX,RTC寄存器配置也十分简单，相比之下，用RTC它不香嘛，还能省下一个定时器；
```
HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &RTCTime, RTC_FORMAT_BIN);//获取时间函数
HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &RTCTime, RTC_FORMAT_BIN);//设置时间函数
//俩函数搞定，直呼太香了
```

下一步是绘制表盘、刻度、指针，此部分也是调用LCD中各种函数完成，画圆画线画点。绘制指针原理如下，已知中心原点坐标，圆的半径r，指针线长，这里假设也为r，则走过时间t后该点坐标即可得出（如下图），进而用直线绘制函数可获得每秒的指针了，注意：不同象限的计算公式不同，做出一点修改就可。
FgWXsjnL-YmMxc42E2Vqw0spcKeR

void draw_sec_needle(u8 position,u8 len,u16 colour,u8 width)//绘制秒针
{
    u16 xt,yt,xr,yr,x0,y0;
    xr=(u16)(sin(position*6*PI/180)*7);//中心圆点的尺寸
    yr=(u16)(cos(position*6*PI/180)*7);
    if(position<15)
    {
       xt=(u16)(sin(position*6*PI/180)*len);
       yt=(u16)(cos(position*6*PI/180)*len);
       x0=119+xr;
       y0=119-yr;
       GUI_LineWith(119+xt,119-yt,x0,y0,width,colour);
    }
  ......
}

时间设置可以通过中断来设置，这时候需要按键来触发中断，对按键引脚配置寄存器即可，在中断函数对RTC时间设置即可实现更改时间的功能，由于板子上按键有限，所以我为按键增加定义有单击，双击，长按，以此来实现更多功能，当然，此功能需要定时器，所以仅定义了一个键有这三种功能，相当于有六个按键可以使用；

//按键状态检测函数
void key1_read(void)
{	
	if(KEY1==0)  //当按键按下
	{
		if(short_key1_flag==0)//如果短按标志值为0
		{
			short_key1_flag=1;//开始第一次按键键值扫描
			key1_time=0;//按键按下计时变量清0，开始计时，1ms加1
			HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
		}
		else if(short_key1_flag==1)
		{
			if(key1_time>=1000)
			{
				long_k1_press=1;
				short_key1_flag=0;
			}
		}
	}
	if(KEY1==1)//当按键抬起
	{
		if(short_key1_flag==1)//当按键抬起后，此标志如果为1，说明是短按不是长按
		{
			short_key1_flag=0;
			if(dou_key1_flag==0)
			{
				dou_key1_flag=1;//按键双击标志置1，等待确认按键是否为双击
				key1_double_time=0;//开始计时，同样1ms加1
			}
			else
			{
				if(key1_double_time<500)//第一次短按发生后，在500ms内，发生第二次短按，则完成一次双击，刷新键值
				{
					dou_key1_flag=0;
					double_k1_press=1;
				}
			}
		}
		else if(dou_key1_flag==1)
		{
			if(key1_double_time>500)
			{
				dou_key1_flag=0;
				short_k1_press=1;
			}
		}
	}
}

整点报时需要使用蜂鸣器，开发板上的蜂鸣器是无源的，需要2k-4kHz的PWM波驱动它，很遗憾蜂鸣器的引脚PC10没有定时器复用功能，不能由该引脚直接产生PWM，需要初始化其他定时器定时中断反转PC10电平达到PWM驱动效果，至于整点报时只需判断时间是否到整点，再执行蜂鸣器即可；
FmAFQR7TCaBNKxJkc6G0k_5msJHJ

* TIM4 init function */
void MX_TIM4_Init(void)
{
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  htim4.Instance = TIM4;
  htim4.Init.Prescaler = 71;
  htim4.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim4.Init.Period = 249;	//4kHz
  htim4.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim4.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim4) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim4, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim4, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
//定时器中断处理函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim == (&htim4))
	{
		HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin);//蜂鸣器驱动
	}
}

姿态感应是通过板子上的mpu6050来获取板子实时的三轴加速度值以及重力加速度值，mpu6050通过I2C总线驱动，该mpu6050恰好接到板子硬件IIC外设上，这里移植的正点原子的mpu6050驱动程序，并用HAL库模拟IIC实现对mpu6050的通信。初始化好mpu6050就可以直接读取三轴加速度值以及重力加速度值了。
```
MPU_Get_Accelerometer(&ax,&ay,&az);//读取三轴加速度值
MPU_Get_Gyroscope(&gx,&gy,&gz);//读取重力加速度值
```
虽说对获得的值还需要软件滤波以获取更精确的角度值来反映姿态，但本功能中姿态感应只用来翻转屏幕，故对这部分简单化处理了。通过串口实时向上位机发送x,y轴加速度值，同时翻转板子即可大概确定翻转导致各轴加速度变化的阈值。再将预估阈值设为条件判断屏幕翻转即可。

最后的最后，实现屏幕的翻转，这部分我有两个想法，一种是通过实时更改LCD驱动中相应寄存器（控制色块刷新以及数据传输方向的寄存器，驱动代码中有），另一种则是更改画图函数，根据翻转角度实时更新，即做出每种翻转情况下的作图（想想就麻烦）。也因为当时我做的时候是把屏幕翻转放在最后一步，故选择了第一种方法。由于最开始用的LCD驱动不能改方向，这部分研究甚久，功夫不负有心人，更换移植了多次LCD驱动终于成功。

/*****************************************************************************
 * @name       :void LCD_direction(uint8_t direction)
 * @date       :2018-08-09 
 * @function   :Setting the display direction of LCD screen
 * @parameters :direction:0-0 degree
                          1-90 degree
													2-180 degree
													3-270 degree
 * @retvalue   :None
******************************************************************************/ 
void LCD_direction(uint8_t direction)
{ 
			lcddev.setxcmd=0x2A;
			lcddev.setycmd=0x2B;
			lcddev.wramcmd=0x2C;
	switch(direction){		  
		case 0:						 	 		
			lcddev.width=LCD_W;
			lcddev.height=LCD_H;	
			lcddev.xoffset=0;
			lcddev.yoffset=0;
			LCD_WriteReg(0x36,0);//BGR==1,MY==0,MX==0,MV==0
		break;
		case 1:
			lcddev.width=LCD_H;
			lcddev.height=LCD_W;
			lcddev.xoffset=0;
			lcddev.yoffset=0;
			LCD_WriteReg(0x36,(1<<6)|(1<<5));//BGR==1,MY==1,MX==0,MV==1
		break;
		case 2:						 	 		
			lcddev.width=LCD_W;
			lcddev.height=LCD_H;
      lcddev.xoffset=0;
			lcddev.yoffset=80;			
			LCD_WriteReg(0x36,(1<<6)|(1<<7));//BGR==1,MY==0,MX==0,MV==0
		break;
		case 3:
			lcddev.width=LCD_H;
			lcddev.height=LCD_W;
			lcddev.xoffset=80;
			lcddev.yoffset=0;
			LCD_WriteReg(0x36,(1<<7)|(1<<5));//BGR==1,MY==1,MX==0,MV==1
		break;	
		default:break;
	}		
}

总结：这次项目让我更加地了解了单片机的工作模式以及STM32的开发应用，为以后的学习更是打下了基础，感谢硬禾平台给予我们这次学习的机会！！

工程文件：https://scuer.lanzous.com/b0166upmb 密码:8vts