基于STM32的具有倒計時功能的時鐘設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：TH714 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0142-05

Abstract:This paper mainly expounds the design principlesanddesign ideas of anelectronicclock based on STM32.The designprinciplemainlyintroducesthehardwarepart，includingtheRTCfunctionmodule，LCDscreendisplayprinciple，key workingprinciple，andtimer module.Thenitexpoundstheprogramdesignideaofanelectronicclockwithcountdownfunction， including thedesignofatimetiming module，atimedisplaymoduleandabutonmodule.Theexperimentalresultsof this scheme showthattheclock designedinthisscheme hasthefunctionof displaying themonth，month，hour，minuteandscond， andcounting down，andcanbeabletopressthebutontomodifythetimeandmodifythecountdowntime.Theplanis feasible，effective，easy to operate，and can meet people's daily life needs.

Keywords:STM32;clock;countdown;RTC;buttons

在日常生活中，時間對于每個人都非常重要，因此時鐘在人們生活中扮演著十分重要的角色。如今，時鐘的款式各種各樣，而電子鐘有著不可替代的地位，電子鐘具有精準(zhǔn)、美觀、成本低廉和調(diào)時方便等優(yōu)點。本文設(shè)計的電子鐘除了能夠顯示時分秒，還具備萬年歷功能和倒計時功能，同時能夠通過按鍵修改時間和倒計時。外觀設(shè)計較為美觀，能夠滿足人們的生活需求。

1 設(shè)計原理

1.1RTC功能模塊工作原理

RTC（實時時鐘）模塊主要用于設(shè)置時間、計算時間、獲取當(dāng)前時間。該模塊處于系統(tǒng)的后備區(qū)域，后備區(qū)域是獨立供電的，這樣即使設(shè)備斷電，只要后備區(qū)域正常供電，時鐘便能正常運行。一般情況下，后備區(qū)域是不允許訪問的，防止對時鐘的意外操作，起到對時鐘的保護作用。同時后備區(qū)域可以被寫入編號，這樣程序在運行時，如果是同一個編號，則不用重復(fù)

初始化。

RTC模塊主要由預(yù)分頻器和計數(shù)器組成。雖然內(nèi)部低速時鐘、外部低速時鐘和外部高速時鐘都可作為RTC的時鐘源，但為了精準(zhǔn)、低功耗，一般采用外部低速時鐘作為RTC模塊的時鐘源，該時鐘源經(jīng)過預(yù)分頻器分頻以后，一般得到一個頻率為 1Hz 的計數(shù)頻率，這意味著計數(shù)器每1s計數(shù)1次。在顯示當(dāng)前時間時，將計數(shù)器內(nèi)的總秒數(shù)換算成時間，便實現(xiàn)了RTC計時功能。在設(shè)置時間時，則需要將設(shè)置時間換算成秒數(shù)，存儲在計數(shù)器里。

RTC模塊還具有2個中斷源：秒中斷源和鬧鐘中斷源。在中斷開啟的情況下，秒中斷源是指每1s產(chǎn)生1次中斷，鬧鐘中斷源是指當(dāng)鬧鐘寄存器與計數(shù)器的值相等時產(chǎn)生1次中斷，產(chǎn)生的中斷交由NVIC（嵌套向量中斷控制器)處理。

1.2LCD屏幕顯示原理

LCD屏具有亮度高、對比度好、顏色鮮艷等特點，被廣泛地應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。本文采用的是2.8寸LCD模塊，分辨率為 240×320 ，驅(qū)動芯片為ILI9341，是16位真彩顯示。電路圖如圖1所示。

其中，LCD_CS為片選信號；LCD_WR為寫信號，用于向LCD屏寫數(shù)據(jù)；LCD_RD為讀信號，用于讀數(shù)據(jù)；LCD_RS為命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志信號，該位為0時用于設(shè)置命令，為1時用于傳輸數(shù)據(jù);LCD_D[0：15]為雙向數(shù)據(jù)線，用于傳輸命令和數(shù)據(jù)。

TFT_2.8 LCD TFTLCD LCD WR 1 LRDCLS RS 24 LCD_RS OELD LCD D1 5號 RST DB1 08 LCD-D2 H2X1 LCDD3 9 DB4 DBS 10 LCD_D4 12 LCDDS LCD D7 1 B B D12 12 14 LCD_D6 LCDD10C30 cVcc3.3 LCB B13 最 DB13 DB14 1820 LCDDi4104 104 LCB BLS VCC3.3 223 25 DB15 BL VDD3.3 DB16 26 224 VCC3.3 VDD3.3 GND 27 GND BL_VDD 28 VCC5 TMISO 29 30 TMOSI C32 MISO MOSI GND T CS 313 T_PEN T_CS CLK Mo 34 TSCK 104 GND TFTLCD

1.3 按鍵工作原理

本文設(shè)計方案使用KEYO、KEY1和WK_UP按鍵來實現(xiàn)時鐘調(diào)整功能，其中WK_UP按鍵作為功能選擇鍵，用于選擇倒計時時間、分鐘、時鐘、日期、月份和年份，KEYO和KEY1按鍵分別作為時間數(shù)值的“ ^°+ ”和“-”調(diào)整鍵。按鍵電路原理圖如圖2所示，KEYO、KEY1按鍵按下時，對應(yīng)引腳為低電平；WK_UP按鍵按下時，對應(yīng)引腳為高電平。因此，通過讀取按鍵對應(yīng)的引腳電平值便能夠判斷按鍵是否按下[4]。

KEY KEYO 88Y0 WK_UP KEY4 VCC3.3188WRUP KEY1 KEY4 88Y1 KEY4 N

2基于STM32的數(shù)字時鐘的設(shè)計

2.1 時間計時模塊設(shè)計

時間計時模塊主要用于時鐘的計時，程序流程圖如圖3所示。在設(shè)計時首先需要對相關(guān)模塊進行初始化，包括RTC模塊初始化，中斷初始化。

初始化完成后，設(shè)置初始時間，這里需要把當(dāng)前的初始時間轉(zhuǎn)換為秒數(shù)，將秒數(shù)存入RTC計數(shù)器模塊，然后退出配置模式。初始時間設(shè)置完成后，需要對時間進行更新，每1s產(chǎn)生1次中斷，將存放在RTC計數(shù)模塊中的值提取出來，換算成具體時間，存放在變量年（calendar.w_year）、月（calendar.w_month）、日（calendar.w_date）、時（calendar.hour）、分（calendar.min）、秒(calendar.sec)和星期(calendar.week)中。

1.4定時器模塊

定時器模塊主要用于實現(xiàn)倒計時功能。在STM32中，定時器包括基本定時器、通用定時器和高級定時器。本文使用通用定時器來實現(xiàn)倒計時功能。定時器是由一個通過可編程預(yù)分頻器(PSC）一個帶有自動重裝載（ARR）的16位累加計數(shù)器（CNT)組成。計數(shù)方式有向上計數(shù)模式、向下計數(shù)模式、向上/向下計數(shù)模式。本文采用的是向上計數(shù)模式，即定時器開始工作后便開始從0計數(shù)到自動重裝載值，然后產(chǎn)生一次溢出事件。由于每次計數(shù)的時間是確定的，由此便可設(shè)計出定時時間。通過定時器的這個工作原理實現(xiàn)倒計時功能。

2.2 時間顯示模塊設(shè)計

時間顯示模塊主要用于將時間顯示在LCD屏上。首先LCD屏進行初始化，LCD屏在顯示時無法直接顯示數(shù)字，需要將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字符。因此設(shè)置一個字符類型數(shù)組time[來存放時間。再調(diào)用字符串顯示函數(shù)DrawZf_N。具體程序如下：

char time[]=\"2024-08-10 10:20:30\";

time[O]=calendar.w_year/1000+0';

time[1]=calendar.w_year%1000/100+O';

time[2]=calendar.w_year%100/10+0';

time[3]=calendar.w_year%10+0';

time[5]=calendar.w_month/10+0';

time[6]=calendar.w_month%10+0'; time[8]=calendar.w_date/10+0';

time[9]=calendar.w_date%10+0';

time[11]=calendar.hour/10+0';

time[12]=calendar.hour%10+0';

time[14]=calendar.min/10+O';

time[15]=calendar.min%10+ 0';

time[17]=calendar.sec/10+0;

time[18]=calendar.sec%10+0';

DrawZf_N(xO，yO，color，backcolor，time);

2.3按鍵模塊設(shè)計

按鍵模塊主要用于修改時間。根據(jù)按鍵電路圖圖2所示，對按鍵進行初始化時，WK_UP按鍵作為選擇鍵，工作方式設(shè)為下拉輸入模式，KEYO和KEY1按鍵作為時間設(shè)置按鍵，工作方式設(shè)為上拉輸入模式。當(dāng)WK_UP按鍵按下，對應(yīng)的外部中斷發(fā)生，設(shè)變量Key_State作為選擇標(biāo)記量，按鍵每按一次，變量Key_State加1，變量Key_State為1時，表示選擇倒計時模塊；變量Key_State為2時，選擇分鐘；變量Key_State為3時，選擇小時；變量Key_State為4時，選擇日期；變量Key_State為5時，選擇月份；變量Key_State為6時，選擇年份。KEYO和KEY1按鍵分別用于對選擇的時間作“ + ”\"-”。按鍵修改時間的程序流程圖如圖4所示。

3基于STM32的時鐘的實現(xiàn)

3.1 初始界面

初始界面包含數(shù)字鐘、倒計時模塊。如圖5所示，LCD屏上方顯示的是時間，包含了年月日、時分秒、星期，LCD屏下方顯示的是倒計時功能部分。

3.2 倒計時時間設(shè)置

按下功能選擇鍵WK_UP第1次，進入倒計時功能選擇界面，倒計時初始時間為 10s ，如圖6所示。當(dāng)?shù)褂嫊r時間字體變?yōu)閹П尘吧募t色字體時，按下KEYO按鍵對倒計時時間 +1 ，按下KEY1按鍵對倒計時時間-1，如圖7所示，倒數(shù)計時修改后為 12s 。

3.3 時間設(shè)置

功能選擇界面，如圖8所示。當(dāng)?shù)褂嫊r時間字體變?yōu)閹П尘吧募t色字體時，按下KEYO按鍵對分鐘 +1 按下KEY1按鍵對分鐘-1，如圖9所示，分鐘由15修改為 10

按下功能選擇鍵WK_UP第2次，進入分鐘時間計時結(jié)束，屏幕上顯示“GO！”，倒計時模塊停止工作，如圖17所示。

同理，按下功能選擇鍵WK_UP第3次，進入小時時間功能選擇界面，如圖10所示。對小時時間進行調(diào)整，調(diào)整后的界面如圖11所示，時鐘由10修改為12。

繼續(xù)按下功能選擇鍵WK_UP，分別進入日期、月份、年份功能選擇界面，如圖12、13、14所示。圖15為年份設(shè)置后的效果界面。

3.4倒計時模塊的實現(xiàn)

最后一次按下功能選擇鍵WK_UP，時間設(shè)置完成，時間模塊正常運行，同時，倒計時開始，如圖16所示，屏幕上會顯示“Ready”。當(dāng)?shù)褂嫊r時間為0時，倒

4結(jié)束語

本文是基于STM32的具備倒計時功能的數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)，介紹了RTC模塊、LCD模塊、按鍵模塊和定時器的工作原理，以及時間計時、時間顯示和按鍵調(diào)時的程序設(shè)計思路。實現(xiàn)了顯示時間，包括年月日和時分秒的功能，同時具備倒計時功能，能夠通過按鍵修改時間和倒計時的功能，且系統(tǒng)穩(wěn)定，從實驗結(jié)果看出效果較好，方案具有一定實用性。

（下轉(zhuǎn)149頁）