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基于APM32E030的电子墨水屏时钟

news 2026/7/11 2:56:49

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

voidrtc_init(void)
{
/* RTC Reset */
RTC_Init();
RTC_Reset();
RTC_Init();
/* RTC Enable Init */
RTC_EnableInit();
RTC_ConfigDateStructInit(&DateStruct);
/* RTC Disable Init */
RTC_DisableInit();
}

为了显示时间和日期，需要相关的读取函数：

复制

voidrtc_read_time(unsignedchar*hours,unsignedchar*minutes,unsignedchar*seconds)
{
/* Read time */
RTC_ReadTime(RTC_FORMAT_BIN, &TimeStruct);
RTC_Delay();
*hours = TimeStruct.hours;
*minutes = TimeStruct.minutes;
*seconds = TimeStruct.seconds;
}
voidrtc_read_data(unsignedchar*year,unsignedchar*month,unsignedchar*day,unsignedchar*weekday)
{
/* Read Date */
RTC_ReadDate(RTC_FORMAT_BIN, &DateStruct);
RTC_Delay();
*year = DateStruct.year;
*month = DateStruct.month;
*day = DateStruct.date;
*weekday = DateStruct.weekday;
}

为了设置时间和日期，需要相关的写入函数：

复制

voidrtc_write_time(unsignedcharhour,unsignedcharminute,unsignedcharsecond)
{
TimeStruct.H12 =12;
TimeStruct.hours = hour;
TimeStruct.minutes = minute;
TimeStruct.seconds = second;
RTC_ConfigTime(RTC_FORMAT_BIN, &TimeStruct);
RTC_Delay();
}
voidrtc_write_date(unsignedcharyear,unsignedcharmonth,unsignedcharday,unsignedcharweekday)
{
DateStruct.year = year;
DateStruct.month = month;
DateStruct.date = day;
DateStruct.weekday = weekday;
RTC_ConfigDate(RTC_FORMAT_BIN, &DateStruct);
RTC_Delay();
}

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

voidepaper_gpio_write_cs(unsignedcharlevel)
{
if(level)
GPIO_SetBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN);
else
GPIO_ClearBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN);
}
voidepaper_gpio_write_rst(unsignedcharlevel)
{
if(level)
GPIO_SetBit(EPAPER_RST_GPIO, EPAPER_RST_PIN);
else
GPIO_ClearBit(EPAPER_RST_GPIO, EPAPER_RST_PIN);
}
voidepaper_gpio_write_dc(unsignedcharlevel)
{
if(level)
GPIO_SetBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN);
else
GPIO_ClearBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN);
}
voidepaper_gpio_write_mosi(unsignedcharlevel)
{
if(level)
GPIO_SetBit(EPAPER_MOSI_GPIO, EPAPER_MOSI_PIN);
else
GPIO_ClearBit(EPAPER_MOSI_GPIO, EPAPER_MOSI_PIN);
}
voidepaper_gpio_write_sck(unsignedcharlevel)
{
if(level)
GPIO_SetBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN);
else
GPIO_ClearBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN);
}
unsignedcharepaper_gpio_busy_read()
{
if(GPIO_ReadInputBit(EPAPER_BUSY_GPIO, EPAPER_BUSY_PIN) == BIT_RESET)
return0;
else
return1;
}
//SPI写字节
voidepaper_spi_wrtie(unsignedcharvalue)
{
unsignedchari;
__disable_irq();
EPAPER_SPI_DELAY;
for(i =0; i <8; i++)
{
epaper_gpio_write_sck(0);
EPAPER_SPI_DELAY;
if(value &0x80)
epaper_gpio_write_mosi(1);
else
epaper_gpio_write_mosi(0);
value = (value <<1);
EPAPER_SPI_DELAY;
EPAPER_SPI_DELAY1;
epaper_gpio_write_sck(1);
EPAPER_SPI_DELAY;
}
__enable_irq();
}
//写命令
voidepaper_write_cmd(unsignedcharcommand)
{
EPAPER_SPI_DELAY;
epaper_gpio_write_cs(0);
epaper_gpio_write_dc(0);// command write
epaper_spi_wrtie(command);
epaper_gpio_write_cs(1);
}
//写数据
voidepaper_write_data(unsignedchardata)
{
EPAPER_SPI_DELAY;
epaper_gpio_write_cs(0);
epaper_gpio_write_dc(1);// command write
epaper_spi_wrtie(data);
epaper_gpio_write_cs(1);
}
////等待电子纸空闲,超时后会退出
unsignedcharepaper_wait_busy(void)
{
unsignedinti =400;
while(i--)
{
if(epaper_is_busy() ==0)return0;//空闲退出
epaper_delay_xms(10);
}
return-1;//超时退出
}

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

//全填充刷整个屏幕
voidepaper_driver_fill(unsignedcharbuffer[])
{
unsignedshortx, y;
unsignedinti =0;
epaper_driver_set_window(0,0, EPAPER_WIDTH_PIXEL, EPAPER_HEIGHT_PIXEL);
for(y =0; y < EPAPER_HEIGHT_PIXEL; y++)
{
epaper_driver_set_cursor(0, y);
epaper_write_cmd(0x24);
for(x =0; x < EPAPER_WIDTH_BYTES; x++)
{
epaper_write_data(buffer[i++]);
}
}
epaper_driver_refresh();
}

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。

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//刷新显示
voidepaper_driver_refresh(void)
{
epaper_write_cmd(0x22);// DISPLAY_UPDATE_CONTROL_2
epaper_write_data(0xC4);
epaper_write_cmd(0X20);// MASTER_ACTIVATION
epaper_write_cmd(0xFF);// TERMINATE_FRAME_READ_WRITE
epaper_wait_busy();
}

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：

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//更新LUT, 设置全刷或局刷
voidepaper_set_lut_table(unsignedcharmode)
{
epaper_write_cmd(0x32);
unsignedshorti;
if(mode == EPAPER_MODE_FULL)//全刷
{
for(i =0; i <30; i++)
{
epaper_write_data(epaper_lut_full_update[i]);
}
}
elseif(mode == EPAPER_MODE_PART)//局刷
{
for(i =0; i <30; i++)
epaper_write_data(epaper_lut_partial_update[i]);
}
else;
}

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。

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typedefstruct
{
unsignedcharfirst;//GB2312编码
unsignedcharsecond;//GB2312编码
unsignedintindex;//在字库文件中的索引
} FontCode;

把所有要用的字的映射关系存放进该结构体数组中：

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FontCode DZ_simkai24_code[]=
{
{0x20,0x00,0},//" "0200
{0xc4,0xea,1},//"年"c4ea
{0xd4,0xc2,2},//"月"d4c2
{0xc8,0xd5,3},//"日"c8d5
{0xd2,0xbb,4},//"一"d2bb
{0xb6,0xfe,5},//"二"b6fe
{0xc8,0xfd,6},//"三"c8fd
{0xcb,0xc4,7},//"四"cbc4
{0xce,0xe5,8},//"五"cee5
{0xc1,0xf9,9},//"六"c1f9
{0xcc,0xec,10},//"天"ccec
{0,0}
};

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

//搜索汉字在数组中的索引
staticinlineunsignedintepaper_font_search_gb2312(unsignedcharcode[2])
{
unsignedinti =0;
while(curFont.code[i].first >0)
{
if((curFont.code[i].first == code[0]) && (curFont.code[i].second == code[1]))
{
returni;
}
i++;
}
return0;
}
//绘制文字
voidepaper_draw_text(unsignedshortx0,unsignedshorty0,char*text)
{
unsignedshortx;
unsignedintindex;
unsignedchar*ptr;
unsignedshortfirst;
x = x0;
while(*text !=0)
{
if(*text <0x7F)//小于127(0x7F)是ASCII
{
index = epaper_font_search_ascii(*text);
ptr = &curFont.data[index * curFont.size];
epaper_clear_windows(x, y0, x + curFont.width, y0 + curFont.height);
if(curPage.area_refresh)
epaper_draw_icon_area(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
else
epaper_draw_icon(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
x += (curFont.width);
text++;;
}
else
{
index = epaper_font_search_gb2312(text);
ptr = &curFont.data[index * curFont.size];
epaper_clear_windows(x, y0, x + curFont.width, y0 + curFont.height);
if(curPage.area_refresh)
epaper_draw_icon_area(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
else
epaper_draw_icon(x, y0, curFont.width, curFont.height, ptr);
x += curFont.width;
text +=2;
}
}
}

有了以上代码作为基础，显示中文就很简单了：

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epaper_font_set(&simkai24);
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：

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//显示实时时间：时、分、秒
unsignedcharis_refresh_date=0;
voidgui_page_real_time()
{
staticunsignedcharold_hour=0xff,old_minute=0xff,old_second=0xff;
unsignedcharhour,minute,second;
chartemp_str[8];
rtc_read_time(&hour,&minute,&second);
epaper_font_set(&Digiface64);
if(hour!=old_hour)
{
sprintf(temp_str,"%02d",hour);
epaper_draw_text(TIME_POS_X,TIME_POS_Y,temp_str);
}
if(minute!=old_minute)
{
sprintf(temp_str,"%02d",minute);
epaper_draw_text(TIME_POS_X+32*3-16,TIME_POS_Y,temp_str);
}
if(second!=old_second)
{
sprintf(temp_str,"%02d",second);
epaper_draw_text(TIME_POS_X+32*6-16,TIME_POS_Y,temp_str);
}
if((hour!=old_hour)||(minute!=old_minute)||(second!=old_second))
{
if(curPage.area_refresh==0)
epaper_driver_fill(curPage.buffer);
if(hour==0&& minute==0&& second==0)
is_refresh_date=1;
}
old_hour =hour;
old_minute =minute;
old_second =second;
}
//显示实时日期：年、月、日
voidgui_page_real_date()
{
staticunsignedcharold_year=0xff,old_month=0xff,old_day=0xff,old_weekday=0xff;
unsignedcharyear,month,day,weekday;
chartemp_str[8];
rtc_read_data(&year,&month,&day,&weekday);
epaper_font_set(&Digiface24);
if(year!=old_year)
{
sprintf(temp_str,"20%02d",year);
epaper_draw_text(DATE_POS_X,DATE_POS_Y,temp_str);
}
if(month!=old_month)
{
sprintf(temp_str,"%02d",month);
epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*6,DATE_POS_Y,temp_str);
}
if(day!=old_day)
{
sprintf(temp_str,"%02d",day);
epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*10,DATE_POS_Y,temp_str);
}
if(weekday!=old_weekday)
{
epaper_font_set(&simkai24);
memcpy(temp_str,&WeekdayTab[weekday*2],2);
strcat(temp_str,"\0");
epaper_draw_text(DATE_POS_X+12*16,DATE_POS_Y,temp_str);
}
if((year!=old_year)||(month!=old_month)||(day!=old_day)||(weekday!=old_weekday))
{
if(curPage.area_refresh==0)
epaper_driver_fill(curPage.buffer);
}
old_year =year;
old_month =month;
old_day =day;
old_weekday=weekday;
}