基于STM32的万年历设计.docx

1、基于STM32的万年历设计基于STM32的万年历设计基于STM32的万年历设计班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 电子通信工程系题目:基于STM32的万年历设计前言： 随着科技的快速发展，时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS12C887。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS12C887的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用AT89S52单片

2、机作为核心，采用数字式温度传感器DS18B20提取外界温度，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用35V电压供电。进入新世纪LCD显示屏的技术和产业都取得了长足的发展，作为重要的现代信息发布媒体之一，LCD显示屏在证券交易、金融、交通、体育、广告等领域被广泛的应用。伴随社会信息化进程的推进，LCD显示屏技术也在不断的推陈出新，应用领域愈加广阔。基于STM32的LCD显示可以更好的满足各种需求，也更便于操作和实现。现基于STM32在液晶显示屏幕上显示文本及图形。 目前，显示技术和显示工业的发展迅速。显示技术是传递视觉的信息技术。液晶显示器件LCD是当今最有发展前途的一种平板显示器件，它具有很多独

3、到的优异特性。它具有显示信息多、易于多彩化、体积小、重量轻、功耗低、寿命长、价格低、无辐射、无污染、接口控制方便等优点。 截至目前，我国在液晶显示取得较大进步，我国LCD产业已经走过了近30年的历程.经历几次大的投资浪潮之后,我国内地已经成为世界最大的TN-LCD(扭曲液晶显示器)生产基地和主要的STN-LCD(超扭曲液晶显示器)生产基地,并且从2003年开始,涉足TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)领域.本课题设计采用STM32F103VE开发板，实现在LCD显示屏上显示由按键可操控的万年历功能。本实验用到的硬件部分主要有STM32开发板、USB线、LCD液晶模块，在LCD显示屏上显示相关

4、内容。综上所述万年历应具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。本课题利用 STM32 的 RTC 实现一个简易的电子时钟，在液晶显示屏中显示时间值。显示时间格式为XX:XX:XX(时：分：秒)，当时间计数为： 23： 59： 59 时将刷新为： 00： 00： 00。1.功能描述 1.1设计要求1.具有数字时钟功能。2.具有简单日历功能。3.具有手动校准时间功能。4.具有闰年识别功能。1.2 RTC（实时时钟）简介实时时钟是一个独立的定时器。 RTC 模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的

5、值可以重新设置系统当前的时间和日期。RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR 寄存器)是在后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后 RTC 的设置和时间维持不变。系统复位后，禁止访问后备寄存器和 RTC，防止对后备区域(BKP)的意外写操作。执行以下操作使能对后备寄存器和 RTC 的访问：1.设置寄存器 RCC_APB1ENR 的 PWREN 和 BKPEN 位来使能电源和后备接口时钟。2.设置寄存器 PWR_CR 的 DBP 位使能对后备寄存器和 RTC 的访问。当我们需要在掉电之后，又需要 RTC 时钟正常运行的话，单片机的 VBAT脚需外接 3.3V 的锂电池。当我们重新上电的时候，

6、主电源给 VBAT 供电，当系统掉电之后 VBAT 给 RTC 时钟工作， RTC 中的数据都会保持在后备寄存器当中。野火 STM32 开发板的 VBAT 引脚接了 3.3V 的锂电。3.STM32自带了RTC时钟计数器，从0开始计数到232。每一个计数代表秒计数，每六十个计数代表分计数，以此类推。24（小时）*60（分钟）*60（秒钟）=86400代表一天的计数时间。假设当前计数为count，count/86400得到计数的天数，根据这个得到年月日。Count%86400得到时分秒。4.根据1中得到的年月日时分秒，进行计算的程序有：闰年判断，星期几计算，当前月有多少天等等。另外，秒表为RTC

7、一秒钟定时计数1.3设计方案的选择1.3.1可选择的芯片方案整个系统用STM32F103VE单片机作为中央控制器，由单片机执行采集内部RTC值，时钟信号通过单片机I/O口传给LCD12864，单片机模块控制驱动模块驱动显示模块，通过显示模块来实现信号的输出、LCD12864的显示及相关的控制功能。系统设有按键模块用于对时间进行调整及扩展多个小键盘。方案一:采用89C51芯片采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时

8、，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。 方案二:采用AT89S52芯片片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现电子万年历设计。AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗

9、称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写1000余次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。若采用单片机计时，利用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。方案三：采用STM32单片机STM32是一个低功耗，高性能32位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flas

10、h只读程序存储器。主要性能有：与MCS-51单片机产品兼容、全静态操作：0Hz33Hz、 三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符、易编程。从单片机芯片主要性能角度出发，本数字电子钟单片机芯片选择设计采用方案采用STM32F103VE。1.3.2 显示模块选择方案和论证： 方案一：采用ILI9341LED液晶显示屏采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见，显示质量高，没有电磁辐射，可视面积大，应用范围广，画面效果好，数字式接口，

11、匀称小巧，功耗小。 方案二：采用点阵式数码管显示动态显示，即各位数码管轮流点亮，对于显示器各位数码管，每隔一段延时时间循环点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但须保证扫描速度足够快，人的视觉暂留功能才可察觉不到字符闪烁。显示器的亮度与导通电流、点亮时间及间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。 点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示. 方案三： 采用LED数码管动态扫描LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接

12、时,占用的单片机口线少。 从节省单片机芯片I/O口和降低能耗角度出发，本数字电子钟数码管显示选择设计采用方案一，既ILI9341LED显示。 1.3.3时钟芯片的选择方案和论证：方案一：直接采用单片机定时计数器 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。 方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电

13、压2.5V5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.方案三：采用STM32的RTC定时器由于STM32自带了实现计时功能的RTC时钟计数器，可以直接使用。1.3.4电路设计最终方案综上各方案所述,对本课题方案选定: 采用STM32F103VE作为主控制芯片; STM32自带的RTC提供时钟;LCD液晶显示作为显示。1.4电源电路 本设计所需电源电压为直流、电压值大小5V的电压源 。从硬件实物设计简易程度与经费方面考虑，用两节电压值大小2.5V干电池与电路电压源引脚相连接即可达到硬件设计要求。即本设计可采用两节电压值大小2.5V干电池做硬件电路电压源。为了方便改写程序，本次实验采用USB线连

14、接电脑进行操作。 1.5按键电路 本设计所需按键用于进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘。 单片机芯片4个I/O口可与按键直接相连，通过编程，单片机芯片即可控制按键接口电平的高低，即按键的开与关，以达到用按键进行显示时间的调整与设置扩展的小键盘的设计要求。2.硬件设计2.1设计组成框图电 脑 图 设计的组成框图2.2 STM32F103VE实验板STM32F103系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和

15、512K）。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。 分为三大类： LD(小于64K)， MD（小于256K）， HD（大于256K）， STM32F103VET6类属第三类。 STM32F103ZET6芯片介绍： 基于ARM Cortex-M3核心的32 位微控制器,LQFP-144封装. 512K 片内FLASH（相当于硬盘）,64K片内RAM（相当于内存） ,片内FLASH 支持在线编程(IAP).高达72M 的频率,数据,指令分别走不同的流水线,以确保 CPU运行速度达到最大化 . 通过片内BOOT区,可实现串口下载程序(ISP). 片内双RC 晶

16、振,提供8M和32K 的频率. 支持片外高速晶振(8M),和片外低速晶振(32K).其中片外低速晶振可用于 CPU 的实时时钟,带后备电源引脚,用于掉电后的时钟行走. 42个16位的后备寄存器(可以理解为电池保存的RAM),利用外置的纽扣电池,和实现掉电数据保存功能. 支持 JTAG,SWD调试.配合廉价的J-LINK,实现高速低成本的开发调试方案。多达80个IO(大部分兼容5V逻辑),4个通用定时器,2个高级定时器,2个基本定时器,3路SPI接口,2路I2S 接口,2路I2C接口,5路USART,一个USB从设备接口,一个 CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NAND Flas

17、h 接口的16位总线-FSMC。 3路共16通道的12位AD输入,2路共2 通道的12位 DA 输出.支持片外独立电压基准.CPU操作电压范围:2.0-3.6V2.3 USB线USB开发涉及主机和设备，为了避免开发驱动程序，使用Windows自带的驱动程序。所以设备枚举成HID类设备。USB鼠标就是标准的USB-HID设备。不过操作系统阻止了应用程序直接访问USB鼠标返回的报告。所以本例使用自定义HID设备。一来免去了开发驱动程序，二来自定义的HID设备应用程序和设备可以自由收发数据（仅指数据内容）。 USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口即插即用和热插拔功能

18、。USB接口可连接127种外设，如鼠标和键盘等。USB是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。USB版本经历了多年的发展，到如今已经发展为3.0版本。对于大多数工程师来说，开发USB2.0 接口产品主要障碍在于：要面对复杂的USB2.0协议、自己编写USB设备的驱动程序、熟悉单片机的编程。这不仅要求有相当的VC编程经验、还能够编写USB接口的硬件（固件）程序。所以大多数人放弃了自己开发USB产品。为了将复杂的问题简单化，西安达泰电子特别设计了USB2.0协议转换模块。USB20D模块可以被看作是一个USB2.0协议

19、的转换器，将电脑的USB2.0接口转换为一个透明的并行总线，就象单片机总线一样。从而几天之内就可以完成USB2.0产品的设计。2.4液晶显示器LCD控制器简介 LCD液晶显示器(Liquid Crystal Display: LCD)的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCM(LCD Module)即LCD显示模组、液晶模块，是指将液晶显示器件，连接，控制与驱动等外围电路，PCB电路板，背光源，结构件等装配在一起的组件。由于液晶显示屏功耗低、体积小，承载的信息量大，因而被广泛用于信息

20、输出、与用户进行交互。由于 STM32 内部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口，所以在显示面板中应自带含有驱动芯片的驱动电路(液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的)，STM32 芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。以本实验3.2 寸液晶屏(240*320)为例，它使用 ILI9341 芯片控制液晶屏，通过 XPT2046 芯片控制触摸屏。LCD 为非发光性的显示装置，它需要借助背光源才能达到显示功能，LED 控制器就是用来控制液晶屏中的 LED 背光源。 2.4.1液晶显示器在内部电路结构上主要构成1.驱动板（也叫主板）：主要是用以接收、处理从外部送进来的模拟（VGA）或者数字（DVI）视频

21、信号，并通过屏线送出信号去控制液晶屏（PANEL）正常工作。驱动板上含有MCU单元，它是液晶显示器的检测控制中心和大脑。 2.电源板：用于将90240V 的交流电压转变为12V、5V、3V 等的直流电供给显示器工作。3.背光板（也叫高压板）：用于将主板或电源板输出的12V 的直流电压转变为PANEL 需要的高频的15001800V 的高压交流电，用于点亮PANEL的背光灯。电源板和背光板有时会做在一起也就是所谓的电源背光二合一板。 4.液晶屏：液晶显示用模块，它是液晶显示器的核心部件，其包含液晶板和驱动电路。其中,液晶屏是液晶显示器内部最为关键的部件，它对液晶显示器的性能和价格具有决定性的作用

22、。2.4.2 IL19341控制器结构液晶屏的控制芯片内部结构非常复杂 ，最主要的是位于中间GRAM(Graphics RAM)，可以理解为显存。GRAM 中每个存储单元都对应着液晶面板的一个像素点。它右侧的各种模块共同作用把 GRAM 存储单元的数据转化成液晶面板的控制信号，使像素点呈现特定的颜色，而像素点组合起来则成为一幅完整的图像。 接口与 MCU 进行通讯,MUC 通过 8080 接口与 ILI9341进行通讯，从而访问它的控制寄存器(CR)、地址计数器(AC)、及 GRAM。 2.4.3像素点的数据格式图像的像素点是由红、绿、蓝三原色组成，三原色根据其深浅程度被分为0255 个级别，

23、它们按不同比例的混合可以得出各种色彩。ILI9341 最高能够控制18位LCD，为了传输方便一般采用16位的控制模式。2.4.4给整个屏幕上色再次回到 ILI9341_Init 函数，它调用完 ILI9341_REG_Config()初始化了液晶屏后，向ILI9341 发送了一个命令写 GRAM 内容，即后面发送的数据都被解析为显示到屏幕像素点的数据。代码中使用 for 循环把语句 ILI9341_Write_Data(GBLUE)执行了 320*240 次，即把所有像素点都显示为 GBLUE 颜色。 3.软件设计3.1程序流程框图 图时间调整程序流程图3.2字模的创建使用字模III-增强版v

24、3.91软件来制作中文字库。打开软件，点击“自动批量生成字库”按钮选项，点击选择“二级汉字库”按钮。在“源字体”选项里面做如下设置，需要注意的是大小问题，因为我们本次的设计目标是实现16*16的汉字，所以在此选择小四字体。设置好之后如下点击“开始转换进程”按钮.就会在安装目录下或者你设置好的目录下生成.c后缀的字库文件。对LCD显示来说，只要能够在指定的位置描写制定颜色的点，那么就能够很好地根据汉字字模信息来描写汉字。在此，为了能够更好的清楚字模的取向和高低位的排列顺序，可以现先在pc测试刚才制作好的库文件。回到“字模III-增强版v3.91”软件，采用与之前同样的方式生成bin格式的字库文件

25、(即“生成格式”选项设置为“bin文件格式”)。在软件安装目录下会生成Font.dat文件,我们用“WinHex”软件查看他的具体内容，与刚才制作的.c字库的文件内容是一致的。最后将生成的汉字字库拷贝到SD卡根目录下并重命名为“HZLIB.bin”。3.3程序的设计一共三个任务：主处理任务、触摸屏任务、秒更新任务。void App_UCGUI_TaskCreate (void) CPU_INT08U os_err; os_err = os_err; Clock_SEM=OSSemCreate(1); /建立秒更新中断的信号量 /硬件平台初始化 BSP_Init(); /主处理任务- os_er

26、r = OSTaskCreateExt(AppTaskUserIF, (void *)0, (OS_STK*)&AppTaskUserIFStkAPP_TASK_USER_IF_STK_SIZE-1, APP_TASK_USER_IF_PRIO, APP_TASK_USER_IF_PRIO, (OS_STK *)&AppTaskUserIFStk0, APP_TASK_USER_IF_STK_SIZE, (void *)0, OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR); /触摸屏任务- os_err = OSTaskCreateExt(AppTaskKbd

27、, (void *)0, (OS_STK *)&AppTaskKbdStkAPP_TASK_KBD_STK_SIZE-1, APP_TASK_KBD_PRIO, APP_TASK_KBD_PRIO, (OS_STK *)&AppTaskKbdStk0, APP_TASK_KBD_STK_SIZE, (void *)0, OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR); /秒更新任务 os_err = OSTaskCreateExt(Clock_Updata, (void *)0, (OS_STK *)&Clock_Updata_StkClock_Updata_

28、STK_SIZE-1, Clock_Updata_PRIO, Clock_Updata_PRIO, (OS_STK *)&Clock_Updata_Stk0, Clock_Updata_STK_SIZE, (void *)0, OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR); 万年历中的时间用的是STM32自带的RTC实时时钟。3.4程序设计3.4.1界面背景初始化。static void AppTaskUserIF (void *p_arg) (void)p_arg; INT8U err; /界面初始化 GUI_Init(); /ucgui 初始化 _Exe

29、cCalibration(); /* 触摸屏校准 */ GUI_SetBkColor(GUI_WHITE); /设置背景色 GUI_SetColor(GUI_GRAY); /设置前景色 GUI_Clear(); /清屏 Lcd_show_bmp(0, 0,/RTC.bmp); /显示万年历背景 GUI_SetFont(&GUI_FontHZ_SimSun_16); GUI_DispStringAt(一,15,47); /显示星期一 GUI_DispStringAt(二,44,47); /显示星期二 GUI_DispStringAt(三,73,47); /显示星期三 GUI_DispString

30、At(四,102,47); /显示星期四 GUI_DispStringAt(五,131,47); /显示星期五 GUI_SetColor(GUI_RED); /用红字显示周末 GUI_DispStringAt(六,160,47); /显示星期六 GUI_DispStringAt(日,189,47); /显示星期日to_tm(RTC_GetCounter(), &s_time); /根据RTC时钟得到万年历时间的初值，注意，这个值是根据用户查询万年历变化 GUI_SetFont(&GUI_Font16_1 ); /设置英文字体 GUI_DispDecAt(s_time.tm_year,4,13,4);/显示万年历的年份 GUI_SetFont(&GUI_FontHZ_SimSun_16); /设置中文字体 GUI_DispString(年); /显示年 GUI_SetFont(&GUI_Font16_1 ); /设置英文字体 GUI_DispDec(s_time.tm_mon,2); /显示万年历的月份 GUI_SetFont(&GUI_F