任务介绍

    本项目实现了2025贸泽电子M-Design创意设计竞赛的方向三，使用STM32F407-Discovery开发板、AtomS3-Lite开发板与VFD显示屏，实现了基于VFD显示屏与LVGL的自动校时电子钟。

硬件平台

    首先介绍本次用到的开发板：STM32F407-Discovery开发板，这是一块对于ST蝴蝶粉来说非常熟悉的开发板，它的主控是STM32F407，虽然推出的时间已经比较久，但仍然凭借着丰富的片内资源和板载外设，成为一个非常适合做原型验证的利器。开发板集成了比较丰富的外设，例如加速度计、数字麦克风、音频输出、按键、LED、USB接口。在软件方面，由于板卡非常出名，生态已经适配好了Arduino IDE、PlatformIO、RT-Thread和MicroPython等多种开发平台，上手开发会很方便。本次我会使用这块STM32F407-Discovery开发板，做一个基于VFD显示屏与LVGL的自动校时电子钟。

• 主控设备：STM32F407-Discovery开发板
• • 搭载ARM Coretex-M4微处理器
  • 硬件串口通信接口
  • LVGL图形库驱动

• 网络模块：AtomS3-Lite
• • 基于ESP32-S3FN8
  • 可编程按键
  • MicroPython平台支持

• 显示模块：GU256X128C
• • VFD显示
  • 高可见范围
  • 256x128单色像素

任务分析与实现

这次主办方出了四种方向，我选择的是方向三：无线通信、物联网。

方案框图：

• 时间源层:ESP32 NTP授时
• • 基于pool.ntp.org公共时钟源
  • 5秒同步周期（可配置）
  • 三重握手校验机制
  • 时间字符串定时同步
• 主控系统
• • 校准时间串口解析
  • 时钟维护
  • VFD屏幕驱动

代码详解

本次项目涉及到STM32主控代码与ESP32网络时间代码，接下来分别讲解：

STM32主控代码

主控软件流程图：

流程图关键节点说明：

1. 硬件初始化阶段
2. • 配置Serial2串口波特率（115200bps）
   • 分配LVGL显示缓冲区（WIDTH*HEIGHT/8=4KB）
   • 注册自定义显示驱动disp_flush
2. 界面构建流程

   void oledClockDisplay() {
       // Create status label
       status_label = lv_label_create(lv_scr_act());
       lv_obj_align(status_label, LV_ALIGN_TOP_LEFT, 5, 5);
       lv_obj_set_style_text_font(status_label, &lv_font_montserrat_14, 0);
       lv_obj_set_style_text_color(status_label, lv_color_white(), 0);
   
   
       // Create time label
       time_label = lv_label_create(lv_scr_act());
       lv_obj_align(time_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0);
       lv_obj_set_style_text_font(time_label, &lv_font_montserrat_48, 0);
       lv_obj_set_style_text_color(time_label, lv_color_white(), 0);
   
   
       // Create date label
       date_label = lv_label_create(lv_scr_act());
       lv_obj_align(date_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, 40);
       lv_obj_set_style_text_font(date_label, &lv_font_montserrat_14, 0);
       lv_obj_set_style_text_color(date_label, lv_color_white(), 0);
   
   
       // Create week label
       week_label = lv_label_create(lv_scr_act());
       lv_obj_align(week_label, LV_ALIGN_TOP_RIGHT, -5, 5);
       lv_obj_set_style_text_font(week_label, &lv_font_montserrat_14, 0);
       lv_obj_set_style_text_color(week_label, lv_color_white(), 0);
   }

3. • 创建四级文本标签（时间/日期/星期/状态）
   • 设置Montserrat系列字体（48pt/14pt）
   • 对齐方式优化（居中/边角）
3. 主循环逻辑
4. • 串口协议处理
   • • 32字节环形缓冲区
     • ASCII可打印字符过滤
     • 自动时区补偿（UTC+8）

void parseAndSetTime() {
    struct tm tm;
    if (sscanf(timeBuffer, "%d-%d-%d %d:%d:%d", 
              &tm.tm_year, &tm.tm_mon, &tm.tm_mday,
              &tm.tm_hour, &tm.tm_min, &tm.tm_sec) == 6) {
        
        tm.tm_year -= 1900;  // tm_year是从1900开始的年数
        tm.tm_mon -= 1;      // tm_mon范围0-11
        
        // 转换为时间戳（时区处理）
        time_t t = mktime(&tm);
        if (t != -1) {
            setTime(t);  // 设置系统时间
            Serial.println("Time updated successfully");
        }
    }
}

1. • 显示刷新机制

     void loop() {
         // 处理串口数据
         while (Serial.available()) {
             char c = Serial.read();
             if (c == '\n' || bufferIndex >= sizeof(timeBuffer)-1) {
                 timeBuffer[bufferIndex] = '\0';
                 parseAndSetTime();
                 bufferIndex = 0;
             } else if (c >= 32 && c <= 126) {  // 只接受可打印ASCII字符
                 timeBuffer[bufferIndex++] = c;
             }
         }
     
         static uint32_t last_update = 0;
         if(millis() - last_update >= 1000) {
             update_clock_display();
             last_update = millis();
         }
         
         lv_timer_handler();
         delay(5);
     }

   • • NTP自动对时
     • 5ms自动刷新

ESP32网络时间代码

主控软件流程图：

流程图关键节点解析

1. 网络连接模块

def connect_wifi():
    sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
    if not sta_if.isconnected():
        print("Connecting to WiFi...")
        sta_if.active(True)
        sta_if.connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD)
        for _ in range(20):  # 20秒连接超时
            if sta_if.isconnected():
                break
            utime.sleep(1)
    if sta_if.isconnected():
        print("Connected! Network config:", sta_if.ifconfig())
    else:
        print("Connection failed!")
    return sta_if

2. NTP同步核心

def sync_ntp():
    for retry in range(3):  # 最多重试3次
        try:
            ntptime.settime()
            print("NTP sync successful")
            return True
        except Exception as e:
            print("NTP sync failed, retrying...", retry+1)
            utime.sleep(2)
    return False

3. 通信协议层

UART数据帧结构：

def format_time(time_tuple):
    # 格式化时间为YYYY-MM-DD HH:MM:SS
    return "{:04d}-{:02d}-{:02d} {:02d}:{:02d}:{:02d}".format(
        time_tuple[0], time_tuple[1], time_tuple[2],
        time_tuple[3], time_tuple[4], time_tuple[5]
    )

4. 北京时间计算

def beijing_time():
    # 获取调整时区后的时间元组
    utc_epoch = utime.time()
    adjusted_epoch = utc_epoch + TIME_ZONE_OFFSET * 3600
    time_tuple = utime.localtime(adjusted_epoch)
    return time_tuple

效果展示

系统复位（网络校时前）

系统复位（网络校时后）

遇到的难题与解决办法

RT-Thread方案的AT联网异常

本项目最初使用的是 RT-Thread STM32F407 + ESP8266 AT指令联网的方式获取NTP时间，但由于主线RT-Thread在STM32F407上运行AT指令的代码存在缺陷，频繁报错。因此选择直接在ESP32模块本地运行NTP时间获取程序，通过串口把时间定时传给STM32F407主控，这样将联网与NTP获取隔离出去的方式，大大简化了主控代码，此时主控代码只需监听并解析串口数据即可获取最新时间。

活动感想

本项目的一个亮点在于实现了使用LVGL驱动VFD显示屏的能力，其实本次项目过程中，我原期望使用U8g2库进行驱动，但U8g2的新屏幕适配似乎更复杂一些，而LVGL只需要实现一个画点或区域刷新方法即可，这一点充分证明了LVGL的适应性。期望本次LVGL驱动VFD屏幕代码的开源，可以抛砖引玉，方便网友们使用自己手上的VFD屏幕显示出更绚丽的UI。

    感谢贸泽电子和硬禾科技和联合举办的竞赛，祝硬禾的活动越办越好！