器件一览

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：

1. 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。
   
   
   
   

2. 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；
   
   

3. 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

    

4. 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。
   

   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);
       }
     ......
   }

    

5. 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;
   			}
   		}
   	}
   }

   
   
   

6. 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；
   

   * 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
   	}
   }

    

7. 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。
   
   
   

8. 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