内容介绍

一、前言

FastBond3阶段1的文档中，展示了使用Scheme-it绘制的方案框图，介绍了想要制作的开发板想法以及大概的框图原理，也说明了项目中所使用到的活动规定厂家的芯片。

在FastBond3挑战部分2中，我完成了基于STM8L051F3P6的最小系统板显示时间的项目设计。实现了OLED屏幕显示日期、时间、字符的功能，本文之后的内容将展示使用kicad继续修缮的原理图及PCB，成品的功能测试和主要程序的说明。

二、原理图及PCB介绍

原理图和PCB设计使用的都是Kicad软件，KiCad是一个开源的电子设计自动化（EDA）软件，用于设计电路板和电路图。它是最受欢迎的免费EDA工具之一，被广泛用于学术、业余爱好者和专业环境。整体原理图如下图所示，主控芯片使用的是ST公司的STM8L051F3P6芯片，STM8L051F3P6是意法半导体（STMicroelectronics）生产的一款超低功耗的8位微控制器，属于STM8系列的价值线产品。这款微控制器集成了丰富的外设和功能，包括闪存、数据EEPROM、实时时钟（RTC）、定时器、USART、I2C、SPI、ADC等，使其能够轻松集成到各种应用中，适用于需要高效能与低功耗的应用场景，如便携式设备、传感器网络、智能家居和物联网设备。它的超低功耗特性使其成为电池供电应用的理想选择。

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作为一个最小系统开发板，最主要的部分就是电源、时钟和复位。

电源部分的电路如下图所示，电源采用Micro USB接口输入，使用PTC热敏电阻来防止过流，由于STM8L051F3P6的工作电源电压范围是1.8V至3.6V，所以还需要一个降压电路，我使用的是SC662K-3.3V芯片，它的最大输入电压为6V，适用于广泛的电源应用场景，输出电压为固定的3.3V，最大的输出电流为250mA。电源芯片的输入输出都并联了电容进行滤波。

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时钟部分参考官方的数据手册进行设计，选用了32.768k的无源晶振，负载电容为8pF。

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复位电路查阅官方的数据手册，复位管脚低电平电压需要小于0.8V，输入脉冲时间为50ns。所以只需要在NRST管脚给小于0.8V的电压，持续时间为50ns就可以实现复位了。但是考虑到50ns时间是很短的，很容易达到，如果只给50ns，那么此时是有复位信号了，但是电源还没到VCC，晶振还没起振，这一定存在的，为了保证系统的稳定性，这里我们取1ms的低电平时间。在直流电源作用的电路中，电容器两端的电压在经过5个时间常数后基本等于外部电压，即充电过程基本结束，1个时间常数时电压为： $3.3 (1 - 0.632) = 1.21 V > 0.8 V$ 不满足我们的需求， 2个时间常数的时候电压为 $3.3 (1 - 0.86) = 0.642 V < 0.8 V$ 满足需求。故可以选择R为10K，C为0.1uf。

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考虑做到开发板应该做得方便小巧，所以PCB布局尽可能的紧凑，好在器件并不多，所以我把器件全部放在了正面，连接器和开关靠近板边放置，采用双面布线，电源部分做了铺铜处理，设计完成的PCB如下图所示：

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3D图如下图所示：

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三、程序说明

主函数主要是对实时时钟（RTC）、LED、I2C和OLED显示屏进行了初始化，然后读取并显示字符和时间。

void main(void)
{
  /* 使能LSE时钟 */
  CLK_LSEConfig(CLK_LSE_ON);
  
  /* 等待LSE时钟准备 */
  while (CLK_GetFlagStatus(CLK_FLAG_LSERDY) == RESET);
  
  /* 等待1S，LSE稳定 */
  LSE_StabTime();
  
  /* RTC初始化 */
  Calendar_Init();
  
  /* LED初始化 */
  LED_Init();
  
  /* IIC初始化 */
  IIC_Init();
  
  /* OLED初始化、清屏 */
  OLED_Init();
  OLED_Clear(); 
	
	  /* OLED显示字符 */
  OLED_ShowString(0,0,"DATA: 20");
  OLED_ShowString(80,0,"-");
  OLED_ShowString(104,0,"-");
  
  /* OLED显示字符 */
  OLED_ShowString(0,2,"TIME: "); 
  OLED_ShowString(64,2,":");
  OLED_ShowString(88,2,":");
 
  /* OLED显示汉字 */
  OLED_ShowCHinese(0,4,0);//电
  OLED_ShowCHinese(18,4,1);//子
  OLED_ShowCHinese(36,4,2);//森
  OLED_ShowCHinese(54,4,3);//林
  

  GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PINS);
  while (1)
  {
    Time_Show();        //读取并显示时间
    Date_Show();        //读取并显示日期
  }
}

Time_Show这个函数主要功能为从STM8的实时时钟（RTC）模块获取当前时间，并将时间显示在OLED屏幕上。RTC_TimeStr.RTC_Hours 是一个包含小时信息的变量，以BCD格式存储。在BCD格式中，每个十进制数字占用4位（即1个十六进制数字），因此一个字节可以表示两个十进制数字。0xF0 是一个掩码，用于提取小时的十位数字（因为十位数字在BCD中的位在高4位）。& 操作符用于将 RTC_TimeStr.RTC_Hours 与掩码相与，以获取小时的十位数字。>> 4 是一个右移操作，将提取出的十位数字右移4位，使其成为一个字节的最低位。+ 48 是将得到的二进制数转换为其ASCII码。因为ASCII码中数字'0'到'9'的值是48到57，所以通过加上48，可以将二进制数转换为对应的ASCII字符。

void Time_Show(void)
{
  uint8_t Hours_D,Hours_U;
  uint8_t Minutes_D,Minutes_U;
  uint8_t Seconds_D,Seconds_U;
  
  /* 等待RTC同步 */
  while (RTC_WaitForSynchro() != SUCCESS);

  /* 获取当前时间数据 */
  RTC_GetTime(RTC_Format_BCD, &RTC_TimeStr);

  /* 把读取‘时’的数据转码 */
  Hours_D = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Hours & 0xF0) >> 4) + 48);
  Hours_U = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Hours & 0x0F)) + 48);

  /* 把读取‘分’的数据转码 */
  Minutes_D = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Minutes & 0xF0) >> 4) + 48);
  Minutes_U = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Minutes & 0x0F)) + 48);

  /* 把读取‘秒’的数据转码 */
  Seconds_D = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Seconds & 0xF0) >> 4) + 48);
  Seconds_U = (uint8_t)(((uint8_t)(RTC_TimeStr.RTC_Seconds & 0x0F)) + 48);

  /* OLED上显示时、分、秒数据 */
  OLED_ShowChar(48,2,Hours_D);
  OLED_ShowChar(56,2,Hours_U);
  OLED_ShowChar(72,2,Minutes_D);
  OLED_ShowChar(80,2,Minutes_U);
  OLED_ShowChar(96,2,Seconds_D);
  OLED_ShowChar(104,2,Seconds_U);
  
}

初始化RTC的函数Calendar_Init，使用外部低速晶振（LSE）作为STM8的实时时钟（RTC）时钟源，通过分频器将时基设置为1秒。具体计算如下：

$RTC 时钟频率 = \frac{L SE 频率}{异步分频值 \times 同步分频值}$

$RTC 时钟频率 = \frac{32768 Hz}{128 \times 256} = 1 Hz$

即RTC每秒钟会收到一个时钟脉冲，从而实现1秒的计时周期。

void Calendar_Init(void)
{
  //选择LSE（32.768KHz）作为时钟源
  CLK_RTCClockConfig(CLK_RTCCLKSource_LSE, CLK_RTCCLKDiv_1);
  
  //打开RTC时钟
  CLK_PeripheralClockConfig(CLK_Peripheral_RTC, ENABLE);
  
  /* RTC时钟源：LSE，计时时间：32768/128/256 = 1S */
  RTC_InitStr.RTC_HourFormat = RTC_HourFormat_24;//24小时制
  RTC_InitStr.RTC_AsynchPrediv = 0x7F;  //异步分频器 128分频
  RTC_InitStr.RTC_SynchPrediv = 0x00FF; //同步分频器 256分频
  RTC_Init(&RTC_InitStr);       //初始化RTC参数

  /* 初始化RTC_DateStr结构体，设置日期数据 */
  RTC_DateStructInit(&RTC_DateStr);     //初始化RTC_DateStr结构体
  RTC_DateStr.RTC_WeekDay = RTC_Weekday_Thursday;//星期四
  RTC_DateStr.RTC_Date = 16;    //16日
  RTC_DateStr.RTC_Month = RTC_Month_September;    //9月
  RTC_DateStr.RTC_Year = 24;    //2024年
  RTC_SetDate(RTC_Format_BIN, &RTC_DateStr);    //设置日期数据

  /* 初始化RTC_TimeStr结构体，设置时间数据 */
  RTC_TimeStructInit(&RTC_TimeStr);//初始化RTC_TimeStr结构体
  RTC_TimeStr.RTC_Hours   = 15; //23H
  RTC_TimeStr.RTC_Minutes = 20; //52分
  RTC_TimeStr.RTC_Seconds = 00; //0秒
  RTC_SetTime(RTC_Format_BIN, &RTC_TimeStr);    //设置时间数据
}

四、成品功能测试

如下图，上电后OLED可以正常显示字符和时间

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五、活动总结

通过本次活动，我能够将理论知识应用到实践中，将STM8L051F3P6的RTC使用LSE作为时钟源，往RTC写入初始化的日期&时间并在主函数循环中不断更新显示日期&时间。这种学习方式会让我对单片机的理解更加深刻，这个过程需要耐心和细致的操作。我在这个过程中培养了自己的耐心和对细节的把控。希望这个活动可以越办越好，更多人一起来学习和参与这个活动。