news 2026/4/18 14:42:38

基于APM32E030的电子墨水屏时钟

作者头像

张小明

前端开发工程师

1.2k 24
文章封面图
基于APM32E030的电子墨水屏时钟
一、前言
1.1 关于APM32E030系列
APM32E030作为极具性价比的CortexM0+系列单片机，价格虽然便宜 ，功能却不少，
其中就有个带日历功能的RTC。
这个RTC可比那些只有个计时器的RTC强太多。拿来做一个电子时钟再好不过了。
其中需要显示的年、月、日、星期、时、分、秒都可以通过寄存器直接读出，不需要软件去换算。




1.2 电子墨水屏
电子墨水屏ePaper是一种采用“微胶囊电泳显示”技术的显示介质，通过不同电压吸引不同颜色的墨滴实现黑白或多个颜色的显示，由于是显示单元是墨滴，所以不需要背光，对眼睛比较友好。除了护眼，省电也它的一大特色，在断电的情况下也能保持显示，在刷屏时才费电，其他时候可以进入睡眠或者直接断电，很适合用来做电子钟或者万年历。
手上刚好有之前在海鲜市场上淘的电子标签，把上面的2.13寸墨水屏拆下作为显示屏，墨水屏的规格如下：
屏幕型号：HINK-E0213A04
分辨率： 122x250
显示颜色：黑白
支持局部刷新



更详细的资料可参考：
https://www.waveshare.net/wiki/2.13inch_e-Paper_HAT_Manual


二、电路部分
2.1 APM32E030RBT6和RTC电路
主控部分采用APM32E030R Micro-EVB开发板，该开发板板载一个 Geehy CMSIS DAP（WinUSB）调试器，
据说速度要比HID的那种更快，但是在Win7上要手动装一下驱动。

RTC相关电路比较简单，需要有个32.768KHz的晶振。



2.2 电子墨水屏驱动电路
电子墨水屏内部电压较高，需要一套驱动电路，开发板->驱动板->墨水屏，这样相连才能驱动墨水屏。
做了个驱动板，这样开发板就可以通过2.54mm-8P杜邦线与24P的墨水屏接口相连，
市面上很多墨水屏都是这样的接口，这个驱动电路不仅限于这款墨水屏，也适用于其他类似的电子墨水屏。

三、RTC的程序
官方发布的SDK包中有关于RTC的例程，这里根据"APM32E030_SDK_V1.0.1\Examples\BOARD_APM32E030_TINY\RTC\RTC_Calendar"
例程进行修改并封装，以便于后面的应用程序调用。
首先是RTC的初始化，主要是配置RTC的时钟，并对RTC的参数进行设置。
复制
  1. voidrtc_init(void)
  2. {
  3. /* RTC Reset */
  4. RTC_Init();
  5. RTC_Reset();
  6. RTC_Init();
  7. /* RTC Enable Init */
  8. RTC_EnableInit();
  9. RTC_ConfigDateStructInit(&DateStruct);
  10. /* RTC Disable Init */
  11. RTC_DisableInit();
  12. }
为了显示时间和日期，需要相关的读取函数：
复制
  1. voidrtc_read_time(unsignedchar*hours,unsignedchar*minutes,unsignedchar*seconds)
  2. {
  3. /* Read time */
  4. RTC_ReadTime(RTC_FORMAT_BIN, &TimeStruct);
  5. RTC_Delay();
  6. *hours = TimeStruct.hours;
  7. *minutes = TimeStruct.minutes;
  8. *seconds = TimeStruct.seconds;
  9. }
  10. voidrtc_read_data(unsignedchar*year,unsignedchar*month,unsignedchar*day,unsignedchar*weekday)
  11. {
  12. /* Read Date */
  13. RTC_ReadDate(RTC_FORMAT_BIN, &DateStruct);
  14. RTC_Delay();
  15. *year = DateStruct.year;
  16. *month = DateStruct.month;
  17. *day = DateStruct.date;
  18. *weekday = DateStruct.weekday;
  19. }

为了设置时间和日期，需要相关的写入函数：
复制
  1. voidrtc_write_time(unsignedcharhour,unsignedcharminute,unsignedcharsecond)
  2. {
  3. TimeStruct.H12 =12;
  4. TimeStruct.hours = hour;
  5. TimeStruct.minutes = minute;
  6. TimeStruct.seconds = second;
  7. RTC_ConfigTime(RTC_FORMAT_BIN, &TimeStruct);
  8. RTC_Delay();
  9. }
  10. voidrtc_write_date(unsignedcharyear,unsignedcharmonth,unsignedcharday,unsignedcharweekday)
  11. {
  12. DateStruct.year = year;
  13. DateStruct.month = month;
  14. DateStruct.date = day;
  15. DateStruct.weekday = weekday;
  16. RTC_ConfigDate(RTC_FORMAT_BIN, &DateStruct);
  17. RTC_Delay();
  18. }
因为RTC带有日历功能，这部分的程序相对来说简单很多，这几个函数已经足够。


四、墨水屏的程序
4.1 底层硬件驱动
电子墨水屏通过SPI接口通信，需要用到以下6个信号：
MOSI - PB5 数据
SCK - PB3 时钟
CS - PB4 片选
DC - PC12 数据/命令控制
RST - PB8 复位
BUSY - PB9 繁忙检测
其中MOSI和SCK可以用硬件SPI的单发送模式来实现，也可以用GPIO模拟SPI来实现。
底层驱动函数主要包含SPI字节写、写命令、写数据、等繁忙。
复制
  1. voidepaper_gpio_write_cs(unsignedcharlevel)
  2. {
  3. if(level)
  4. GPIO_SetBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN);
  5. else
  6. GPIO_ClearBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN);
  7. }
  8. voidepaper_gpio_write_rst(unsignedcharlevel)
  9. {
  10. if(level)
  11. GPIO_SetBit(EPAPER_RST_GPIO, EPAPER_RST_PIN);
  12. else
  13. GPIO_ClearBit(EPAPER_RST_GPIO, EPAPER_RST_PIN);
  14. }
  15. voidepaper_gpio_write_dc(unsignedcharlevel)
  16. {
  17. if(level)
  18. GPIO_SetBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN);
  19. else
  20. GPIO_ClearBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN);
  21. }
  22. voidepaper_gpio_write_mosi(unsignedcharlevel)
  23. {
  24. if(level)
  25. GPIO_SetBit(EPAPER_MOSI_GPIO, EPAPER_MOSI_PIN);
  26. else
  27. GPIO_ClearBit(EPAPER_MOSI_GPIO, EPAPER_MOSI_PIN);
  28. }
  29. voidepaper_gpio_write_sck(unsignedcharlevel)
  30. {
  31. if(level)
  32. GPIO_SetBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN);
  33. else
  34. GPIO_ClearBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN);
  35. }
  36. unsignedcharepaper_gpio_busy_read()
  37. {
  38. if(GPIO_ReadInputBit(EPAPER_BUSY_GPIO, EPAPER_BUSY_PIN) == BIT_RESET)
  39. return0;
  40. else
  41. return1;
  42. }
  43. //SPI写字节
  44. voidepaper_spi_wrtie(unsignedcharvalue)
  45. {
  46. unsignedchari;
  47. __disable_irq();
  48. EPAPER_SPI_DELAY;
  49. for(i =0; i <8; i++)
  50. {
  51. epaper_gpio_write_sck(0);
  52. EPAPER_SPI_DELAY;
  53. if(value &0x80)
  54. epaper_gpio_write_mosi(1);
  55. else
  56. epaper_gpio_write_mosi(0);
  57. value = (value <<1);
  58. EPAPER_SPI_DELAY;
  59. EPAPER_SPI_DELAY1;
  60. epaper_gpio_write_sck(1);
  61. EPAPER_SPI_DELAY;
  62. }
  63. __enable_irq();
  64. }
  65. //写命令
  66. voidepaper_write_cmd(unsignedcharcommand)
  67. {
  68. EPAPER_SPI_DELAY;
  69. epaper_gpio_write_cs(0);
  70. epaper_gpio_write_dc(0);// command write
  71. epaper_spi_wrtie(command);
  72. epaper_gpio_write_cs(1);
  73. }
  74. //写数据
  75. voidepaper_write_data(unsignedchardata)
  76. {
  77. EPAPER_SPI_DELAY;
  78. epaper_gpio_write_cs(0);
  79. epaper_gpio_write_dc(1);// command write
  80. epaper_spi_wrtie(data);
  81. epaper_gpio_write_cs(1);
  82. }
  83. ////等待电子纸空闲,超时后会退出
  84. unsignedcharepaper_wait_busy(void)
  85. {
  86. unsignedinti =400;
  87. while(i--)
  88. {
  89. if(epaper_is_busy() ==0)return0;//空闲退出
  90. epaper_delay_xms(10);
  91. }
  92. return-1;//超时退出
  93. }
4.2 全局刷图片
这款屏幕的宽度为122，高度为250，取模时需要横向取模，高位在前。
起点坐标和方向如图所示：


如果想要全屏显示一张图片，需要先准备一张122x250分辨率的图片，
用软件“Image2Lcd”打开这张图片，注意选择“水平扫描”，取消下方五个选项的勾，勾选“颜色翻转”，
这款屏幕1为白点、0为黑点，因此要选择颜色反转。最后点"保存" 得到一个g_Image.c文件。


把g_Image.c中的数组全部写入到到屏幕的内存中去，
具体步骤先是设置区域大小，因为是写入全屏数据，所以调用 epaper_driver_set_window(0, 0, 122, 250);

在每一行数据写入前设置起点epaper_driver_set_cursor(0, y)，然后一次写入整行数据，重复多行，完成整幅图片的写入。

复制
  1. //全填充 刷整个屏幕
  2. voidepaper_driver_fill(unsignedcharbuffer[])
  3. {
  4. unsignedshortx, y;
  5. unsignedinti =0;
  6. epaper_driver_set_window(0,0, EPAPER_WIDTH_PIXEL, EPAPER_HEIGHT_PIXEL);
  7. for(y =0; y < EPAPER_HEIGHT_PIXEL; y++)
  8. {
  9. epaper_driver_set_cursor(0, y);
  10. epaper_write_cmd(0x24);
  11. for(x =0; x < EPAPER_WIDTH_BYTES; x++)
  12. {
  13. epaper_write_data(buffer[i++]);
  14. }
  15. }
  16. epaper_driver_refresh();
  17. }
写入到屏幕的SRAM中后，屏幕并不会马上刷新，还需要发送更新命令。
复制
  1. //刷新显示
  2. voidepaper_driver_refresh(void)
  3. {
  4. epaper_write_cmd(0x22);// DISPLAY_UPDATE_CONTROL_2
  5. epaper_write_data(0xC4);
  6. epaper_write_cmd(0X20);// MASTER_ACTIVATION
  7. epaper_write_cmd(0xFF);// TERMINATE_FRAME_READ_WRITE
  8. epaper_wait_busy();
  9. }
这样屏幕才会刷新，闪烁几次，大约3-5秒可完成全屏刷新。

涉及的驱动代码很多，更详细的代码可以参考上面链接中的微雪示例代码。


4.3 局部刷文字
  • 局部刷新的方法
电子墨水屏全刷耗时较长，如果用来显示时间，尤其是显示秒数就不太合适，这就需要改为局部刷新，局部刷新很快，不到1秒就可完成。
设为局部刷新，需要写入一个新的LUT表到屏幕：
复制
  1. //更新LUT, 设置全刷或局刷
  2. voidepaper_set_lut_table(unsignedcharmode)
  3. {
  4. epaper_write_cmd(0x32);
  5. unsignedshorti;
  6. if(mode == EPAPER_MODE_FULL)//全刷
  7. {
  8. for(i =0; i <30; i++)
  9. {
  10. epaper_write_data(epaper_lut_full_update[i]);
  11. }
  12. }
  13. elseif(mode == EPAPER_MODE_PART)//局刷
  14. {
  15. for(i =0; i <30; i++)
  16. epaper_write_data(epaper_lut_partial_update[i]);
  17. }
  18. else;
  19. }
  • 自定义字体的制作
要想显示日期和时间，需要制作相关字库，字库就相当于多个字形图片的集合，和前面的取模和显示方法类似，只不过这里是更小的图片。
这里用“PCtoLCD”来制作所需要的字库，字幕选项设为”逐行式“

选择字体、设置字高、字宽，输入想要生成的文字，最后点"生成字模"，
这样就得到字库数组 const unsigned char DZ_simkai24[]。


ASCII字符比较少，可以把全部ascii字符做成字库放进MCU中，使用也比较简单；
中文字符太多了全部做成字库放进MCU中不现实，所以我选择只把要用到的汉字做成字库，其他的字就显示为空格。
为了能找到某个汉字字模在这些数组中的位置，还需要做个字模和编码的映射关系表。
于是先定义这样一个新的数据类型，把每个字的GB2312编码和该字模在数组中的位置联系起来。
复制
  1. typedefstruct
  2. {
  3. unsignedcharfirst;//GB2312编码
  4. unsignedcharsecond;//GB2312编码
  5. unsignedintindex;//在字库文件中的索引
  6. } FontCode;

把所有要用的字的映射关系存放进该结构体数组中：
复制
  1. FontCode DZ_simkai24_code[]=
  2. {
  3. {0x20,0x00,0},//" "0200
  4. {0xc4,0xea,1},//"年"c4ea
  5. {0xd4,0xc2,2},//"月"d4c2
  6. {0xc8,0xd5,3},//"日"c8d5
  7. {0xd2,0xbb,4},//"一"d2bb
  8. {0xb6,0xfe,5},//"二"b6fe
  9. {0xc8,0xfd,6},//"三"c8fd
  10. {0xcb,0xc4,7},//"四"cbc4
  11. {0xce,0xe5,8},//"五"cee5
  12. {0xc1,0xf9,9},//"六"c1f9
  13. {0xcc,0xec,10},//"天"ccec
  14. {0,0}
  15. };


后面显示文字时通过检索DZ_simkai24_code中编码可以找到该字在DZ_simkai24[]字模中偏移位置，
用偏移乘以该字所占大小就能得到数组中的准确位置，然后就像画图一样描进画布缓存中。
复制
  1. //搜索汉字在数组中的索引
  2. staticinlineunsignedintepaper_font_search_gb2312(unsignedcharcode[2])
  3. {
  4. unsignedinti =0;
  5. while(curFont.code[i].first >0)
  6. {
  7. if((curFont.code[i].first == code[0]) && (curFont.code[i].second == code[1]))
  8. {
  9. returni;
  10. }
  11. i++;
  12. }
  13. return0;
  14. }
  15. //绘制文字
  16. voidepaper_draw_text(unsignedshortx0,unsignedshorty0,char*text)
  17. {
  18. unsignedshortx;
  19. unsignedintindex;
  20. unsignedchar*ptr;
  21. unsignedshortfirst;
  22. x = x0;
  23. while(*text !=0)
  24. {
  25. if(*text <0x7F)//小于127(0x7F)是ASCII
  26. {
  27. index = epaper_font_search_ascii(*text);
  28. ptr = &curFont.data[index * curFont.size];
  29. epaper_clear_windows(x, y0, x + curFont.width, y0 + curFont.height);
  30. if(curPage.area_refresh)
  31. epaper_draw_icon_area(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
  32. else
  33. epaper_draw_icon(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
  34. x += (curFont.width);
  35. text++;;
  36. }
  37. else
  38. {
  39. index = epaper_font_search_gb2312(text);
  40. ptr = &curFont.data[index * curFont.size];
  41. epaper_clear_windows(x, y0, x + curFont.width, y0 + curFont.height);
  42. if(curPage.area_refresh)
  43. epaper_draw_icon_area(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
  44. else
  45. epaper_draw_icon(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
  46. x += curFont.width;
  47. text +=2;
  48. }
  49. }
  50. }
有了以上代码作为基础，显示中文就很简单了：
复制
  1. epaper_font_set(&simkai24);
  2. epaper_draw_text(0,0," 年 月 日 ");
为保证能找到正确的文字编码，以上代码中的汉字须是GB2312，在Keil里面设置一下，
菜单栏View -> Configuration->Editor ，Encoding 选“Chinese GB1212” 。


五、程序整合
有了前面的RTC函数和墨水屏显示函数，后面实现日期显示和时间显示就容易很多。
每隔1秒(或小于1S)读取一次RTC的时间，如果时间和上次不同，则刷新为当前时间，
如果时间到了00：00：:00 ，则刷新日期，代码如下：
复制
  1. //显示实时时间：时、分、秒
  2. unsignedcharis_refresh_date=0;
  3. voidgui_page_real_time()
  4. {
  5. staticunsignedcharold_hour=0xff,old_minute=0xff,old_second=0xff;
  6. unsignedcharhour,minute,second;
  7. chartemp_str[8];
  9. rtc_read_time(&hour,&minute,&second);
  11. epaper_font_set(&Digiface64);
  13. if(hour!=old_hour)
  14. {
  15. sprintf(temp_str,"%02d",hour);
  16. epaper_draw_text(TIME_POS_X,TIME_POS_Y,temp_str);
  17. }
  19. if(minute!=old_minute)
  20. {
  21. sprintf(temp_str,"%02d",minute);
  22. epaper_draw_text(TIME_POS_X+32*3-16,TIME_POS_Y,temp_str);
  23. }
  25. if(second!=old_second)
  26. {
  27. sprintf(temp_str,"%02d",second);
  28. epaper_draw_text(TIME_POS_X+32*6-16,TIME_POS_Y,temp_str);
  29. }
  30. if((hour!=old_hour)||(minute!=old_minute)||(second!=old_second))
  31. {
  32. if(curPage.area_refresh==0)
  33. epaper_driver_fill(curPage.buffer);
  35. if(hour==0&& minute==0&& second==0)
  36. is_refresh_date=1;
  37. }
  38. old_hour =hour;
  39. old_minute =minute;
  40. old_second =second;
  41. }
  42. //显示实时日期：年、月、日
  43. voidgui_page_real_date()
  44. {
  45. staticunsignedcharold_year=0xff,old_month=0xff,old_day=0xff,old_weekday=0xff;
  46. unsignedcharyear,month,day,weekday;
  47. chartemp_str[8];
  49. rtc_read_data(&year,&month,&day,&weekday);
  51. epaper_font_set(&Digiface24);
  52. if(year!=old_year)
  53. {
  55. sprintf(temp_str,"20%02d",year);
  56. epaper_draw_text(DATE_POS_X,DATE_POS_Y,temp_str);
  57. }
  59. if(month!=old_month)
  60. {
  61. sprintf(temp_str,"%02d",month);
  62. epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*6,DATE_POS_Y,temp_str);
  63. }
  65. if(day!=old_day)
  66. {
  67. sprintf(temp_str,"%02d",day);
  68. epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*10,DATE_POS_Y,temp_str);
  69. }
  71. if(weekday!=old_weekday)
  72. {
  73. epaper_font_set(&simkai24);
  74. memcpy(temp_str,&WeekdayTab[weekday*2],2);
  75. strcat(temp_str,"\0");
  77. epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*16,DATE_POS_Y,temp_str);
  78. }
  79. if((year!=old_year)||(month!=old_month)||(day!=old_day)||(weekday!=old_weekday))
  80. {
  81. if(curPage.area_refresh==0)
  82. epaper_driver_fill(curPage.buffer);
  83. }
  84. old_year =year;
  85. old_month =month;
  86. old_day =day;
  87. old_weekday=weekday;
  88. }
六、测试效果
看看最终显示效果：


，
---------------------
作者：shanyuxiang
链接：https://bbs.21ic.com/icview-3466572-1-1.html
来源：21ic.com
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