内容介绍

一、前言

项目介绍：本项目旨在使用STM32WB55CEU6和OLED显示屏实现显示实时时间的功能，集成于单一设备中，用户可以方便的获取当前时间，以方便物联网设备的实时检测和调整。

在FastBond3的基础部分，绘制了详细的框图，这个过程包括了对整个系统的设计思路的梳理，以及各个模块之间的连接关系的确定。同时，也进行了物料的选型，确保选用的物料能够满足项目的性能需求和成本控制。接下来在kicad软件中完成了PCB的绘制工作和打板工作。在FastBond3挑战部分中，会继续完善设计，做出实物模型，并进行效果演示。

二、原理图及PCB介绍

晶振电路：

STM32WB55CEU6在使用时使用了两个晶振，分别是32.768KHz的低速晶振，用于RTC时钟的输入，RTC可以为系统实时记录当前系统时间和日期，不管芯片有没有掉电。如果想要使用RTC实时记录系统时间，则芯片需要额外接入额外的备用电源。32MHz的高速晶振作为系统时钟的来源。以及两个10pF的负载电容。

STM32WB系列微控制器集成了用于低功耗蓝牙和802.15.4无线电解决方案的高质量射频收发器。与传统电路相比，射频板的布局需要特别注意。在高频情况下，铜互连(走线)作为功能电路元件，会引入干扰，降低射频性能。由走线和焊盘产生的寄生元件对整个电路的性能有很大影响。必须仔细遵循布局规则，以减轻这些影响并实现所要求的性能。RF引脚需要一个特定的阻抗，所以我们需要匹配这些阻抗，否则会无法获得最大功率传输或信号强度较小，甚至根本不起作用，在这里添加了一个低通滤波器，为了减少干扰。

STM32WB55CEU6多协议无线和超低功耗器件内嵌功能强大的超低功耗无线电模块（符合蓝牙® 低功耗SIG规范5.0和IEEE 802.15.4-2011标准）。该器件内含专用的Arm® Cortex® -M0+，用于执行所有的底层实时操作。这些器件基于高性能Arm® Cortex®-M4 32位RISC内核（工作频率可达64 MHz），旨在实现超低功耗。该内核带有单精度浮点运算单元（FPU），支持所有ARM®单精度数据处理指令和数据类型。它还具备DSP指令集和增强应用安全的内存保护单元（MPU）。IPCC提供有六个双向通道的增强型处理器间通信。HSEM提供硬件信号量，用于在两个处理器之间共享公共资源。

无线电
- 2.4 GHz
- 射频收发器，支持Bluetooth® 5.3规范、IEEE 802.15.4-2011 PHY和MAC，支持Thread和Zigbee® 3.0
- 接收灵敏度：-96 dBm（蓝牙®低功耗，速率1 Mbps）、-100 dBm（802.15.4）
- 可编程输出功率，可达+6 dBm，步长为1 dB
- 集成式巴伦，用于降低BOM
- 支持2 Mbps
- 支持广播扩展
- 专用的Arm® 32位 Cortex® M0+ CPU 用于实时无线层
- 精确的RSSI，有助于控制功耗
- 适用于需要符合以下射频规定的系统：ETSI EN 300 328、EN 300 440、FCC CFR47第15部分，以及ARIB STD-T66
- 支持外部PA
- 用于优化匹配解决方案的集成无源器件（IPD）配套芯片（MLPF-WB-01E3或MLPF-WB55-02E3或MLPF-WB-02D3）
超低功耗平台
- 1.71 V至3.6 V电源
- – 40 °C至85 / 105 °C温度范围
- 关断模式下13 nA
- 600 nA待机模式 + RTC + 32 KB RAM
- 2.1 µA停机模式 + RTC + 256 KB RAM
- MCU活动模式：当RF和SMPS处于开启状态时，<53 µA / MHz
- 无线电：Rx 4.5 mA / Tx为0 dBm 5.2 mA
内核：带有FPU的Arm® 32位Cortex®-M4 CPU、在Flash存储器中实现零等待状态运行性能的自适应实时加速器(ART™加速器)、主频高达64 MHz，MPU，能够实现高达80 DMIPS的性能，具有DSP指令集
性能基准
- 1.25 DMIPS/MHz（Drystone 2.1）
- 219.48 CoreMark®（3.43 CoreMark/MHz@64 MHz）
能耗基准
- ULPMark™ CP得分303
供电和复位管理
- 高效率的嵌入式SMPS降压转换器，采用智能旁路模式
- 超级安全的低功耗BOR（下欠压复位），有5个可选阈值
- 超低功耗POR/PDR
- 可编程电压检测器（PVD）
- VBAT模式为 RTC 和备份寄存器供电
时钟源
- 32 MHz晶振配集成式微调电容器（无线电和CPU时钟）
- 32 kHz晶振，用于RTC（LSE）
- 内部低功耗32 kHz（±5%）RC（LSI1）
- 内部低功耗32 kHz（稳定性 ±500 ppm）RC（LSI2）
- 内部多速（100 kHz-48 MHz）振荡器，由LSE自动调整（精度高于±0.25%）
- 内置经工厂调校的16 MHz高速RC（±1%）
- 2个PLL用于系统时钟、USB、SAI和ADC

在设计中还使用到了指定厂家Seeed的排针，此排针是Seeed用于搭配XIAO系列的开发板使用的。

三、成品功能测试

打样的电路板进行焊接后如图，在这里会出现麻烦事，STM32WB55CEU6的封装是UFQFPN-48这种引脚在芯片底下的，所以焊接会十分麻烦，因为我身边没有加热台和锡膏这种设备，所以是我朋友帮助我焊接的。

关键代码及说明：

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

/* Configure the peripherals common clocks */
  PeriphCommonClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_RTC_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  Bsp_I2c_Init();	
		Bsp_Oled_Init();
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
			HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &GetTime, RTC_FORMAT_BIN);
      HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &GetData, RTC_FORMAT_BIN);
			
						OLED_ShowNum(0, 0, (2000+GetData.Year), 4, 16, 0);     
			OLED_ShowString(32, 0, ".", 16, 0);     
			OLED_ShowNum(36, 0, GetData.Month, 2, 16, 0);     	
				OLED_ShowString(52, 0, ".", 16, 0);    		
					OLED_ShowNum(56, 0, GetData.Date, 2, 16, 0);

			OLED_ShowNum(0, 4, GetTime.Hours, 2, 16, 0);     
			OLED_ShowString(16, 4, ".", 16, 0);     
			OLED_ShowNum(20, 4, GetTime.Minutes, 2, 16, 0);     	
				OLED_ShowString(36, 4, ".", 16, 0);    		
					OLED_ShowNum(40, 4, GetTime.Seconds, 2, 16, 0);			
			  }
  /* USER CODE END 3 */
}

代码一开始主要是初始化RTC、I2C以及OLED外设，主函数里不断循环获取当前的时间，再通过oled的显示函数将当前获取到的时间显示到OLED上。

void OLED_WR_DATA(uint8_t data)
{
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, 0x78, 0x40, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 0x100);
}

void OLED_WR_CMD(uint8_t cmd)
{
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, 0x78, 0x00, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &cmd, 1, 0x100);
}

void OLED_Set_Pos(uint8_t x, uint8_t y)
{
  OLED_WR_CMD(0xb0 + y);                 
  OLED_WR_CMD(((x & 0xf0) >> 4) | 0x10); 
  OLED_WR_CMD(x & 0x0f);                 
}

void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t chr, uint8_t Char_Size, uint8_t Color_Turn)
{
  unsigned char c = 0, i = 0;
  c = chr - ' '; 
  if (x > 128 - 1)
  {
    x = 0;
    y = y + 2;
  }
  if (Char_Size == 16)
  {
    OLED_Set_Pos(x, y);
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
      if (Color_Turn)
        OLED_WR_DATA(~F8X16[c * 16 + i]);
      else
        OLED_WR_DATA(F8X16[c * 16 + i]);
    }
    OLED_Set_Pos(x, y + 1);
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
      if (Color_Turn)
        OLED_WR_DATA(~F8X16[c * 16 + i + 8]);
      else
        OLED_WR_DATA(F8X16[c * 16 + i + 8]);
    }
  }
  else
  {
    OLED_Set_Pos(x, y);
    for (i = 0; i < 6; i++)
    {
      if (Color_Turn)
        OLED_WR_DATA(~F6x8[c][i]);
      else
        OLED_WR_DATA(F6x8[c][i]);
    }
  }
}

oled显示代码主要是依靠这几个函数，OLED_WR_CMD()是向设备写控制命令，是通过HAL_I2C_Mem_Write()向oled的指定地址写控制命令。OLED_WR_DATA()是向设备写控制数据。OLED_Set_Pos()是坐标设置。OLED_ShowChar()则是在oled上显示一个字符，函数的作用是根据提供的参数，在指定位置显示一个字符，并支持两种不同大小的字符显示。它会判断字符是否超出屏幕边界，并根据颜色开关来选择是否反转显示的颜色。

四、活动总结

本次项目使用kicad绘制了STM32WB55CEU6的一个四层板，正常简单验证下板卡的工作状态是否正常，之后会进行学习STM32WB无线系列的特性，如低功耗蓝牙、Zigbee等等。这次学习依然有很多不足之处和疑惑之处，后面还需要时间进行开发优化。这次活动对我来说是一次珍贵的机会，让我得以接触并了解一些平时难以触及的新工具。这次经历对我有着极大的帮助，感谢举办方！