【开源】从0到1教你制作网络数字变化时钟

哈喽，芯片之家的小伙伴，最近微信大改版，如果不把芯片之家设为星标，很可以错过重要的推送哦～所以赶紧按照下图方法加小星星吧！

前段时间做了一个数字变化的网络时钟，效果还不错，群里不少小伙伴直接找我买，卖给你们，那显我的多俗，也不是芯片之家社群的风格，是吧，授人以鱼不如授人以渔，于是我的好友殷工将整个制作过程在这里，分享给大家，包括源代码哦！

本次的视频效果

下面我们开工，好的设计从最原始的框图开始设计，让大家对整个项目有一个感性的认识，比较简单，STM32F411做为主控，为什么用411呢，可能他身边正好有一个411的Nucleo开发板吧，这个只是用来做Demo，大家可以移植到自己喜欢的平台；通过串口跟ESP8266通信，从NTP服务器获取最新的时间，然后通过RGB接口将数据显示在点阵屏上，简单吧！

那么，如果是小白，需要掌握以下知识：

1、RGB LED点阵全彩显示屏原理及驱动；

2、物联网操作系统RT-Thread，(包括定时器、线程间通信、AT组件及SAL层、NTP网络时间协议）；

3、STM32的外设，GPIO、RTC、UART、TIM等；

4、ESP8266WIFI模块。

Demo硬件平台

1、STM32F411RE-Nucleo开发板

2、安信可ESP8266 WIFI模块ESP-01S

3、全彩RGB LED点阵显示屏64*32

全彩RGB显示屏

显示屏内部驱动时序图

点阵屏驱动原理

点阵式LED显示屏的原理都大同小异，无非就是将指定位置写1或写0将其点亮和熄灭，由于人类视觉的暂留现象，通过快速的刷新每一行的内容，感觉每行都是同时显示的，上文描述的屏参数的刷新频率就是指的这个，低于这个频率，人眼会观察到刷新的抖动，影响视觉效果。

在时钟的上升沿，依次将需要显示的数据移位至数据暂存器（数据的长度是由屏幕的尺寸以及是否级联屏幕决定），通过使能锁存引脚，将数据暂存器的数据输出至芯片的输出口，如果同时输出使能信号有效，即控制对应位置的LED状态。需要注意的是，输出使能信号还用于解决显示拖影问题（在显示的消隐时间内刷新数据），同时通过控制脉宽，实现显示屏亮度调节。

动态数字变换效果的实现

重点来了，这种方式的数字变化效果只有两种，一是竖条的左右移动，二是横条或竖条的补齐和消隐，同样是利用视觉暂留，通过不断的画线、画点（擦除即为画空白的线和点）实现动态效果，详见代码。

为什么是RTT+ESP8266

作者第一次接触RT-Thread是在2010年，当时的版本号还是0.6，在项目中用RTT+Lwip实现远程网络控制，真心佩服熊大（RTT作者），如今的RTT物联网操作系统RT-Thread 3.0的功能已经非常完善，绝对是拿得出手的国产操作系统，shell/msh组件方便调试，适时推出的AT组件、SAL抽象层和AT_DEVICE驱动直接支持ESP8266模组，让IoT开发者尽可能的把精力放在应用需求上，用户无需Coding WiFi模块的驱动代码就能实现联网和NTP的功能，与本教程天生绝配。

乐鑫ESP8266的芯片方案随着物联网行业的风口，已经大规模的使用，不管是性能还是可靠性都已由市场验证了，也衍生了多家模块供应商基于ESP8266的方案推出了自家的产品，出货量都非常大，关键是性价比高！

软件框架

RTT配置

1、默认已经git clone最新的rtt版本，安装scons等环境。

2、拷贝rt-thread\bsp\stm32f4xx-HAL，重命名为stm32f4xx-HAL-ledmatrix。

3、Menuconfig配置：选择Device type、时钟、shell的串口号

RT-Thread Components->Device Drivers

打开串口驱动、RTC驱动、NTP服务

RT-Thread Components->Network->SAL->protocol stack implement

打开Support AT commands statck

RT-Thread Components->Network->AT commands

配置AT组件，client模式

添加物联网组件！！！

RT-Thread online packages->IOT->AT DEVICE

添加ESP8266乐鑫模块的支持

执行指令更新的固件版本

返回到cmd界面，执行pkgs –-update和pkgs –upgrade

该过程将根据env配置的组件项，从git服务器上pull最新的版本。

固件源码位于工程目录下的packages文件夹。

时钟配置

默认的时钟初始化采用LSE和LSI作为时钟源，因为我们的应用需要RTC，对晶振精度要求较高，需要用外部的32.768K作为RTC的时钟源。

时钟初始化函数位于drivers/board.c -> SystemClock_Config()，不会修改的同学可以参考STM32CubeMX生成的初始化例子对着修改。

大家期待的主函数来了

屏幕扫描中断

利用定时器TIM5产生0.8ms间隔的中断，同时使用TIM5.OC1作为控制屏幕使能的时间间隔，用于亮度调节和消隐（去屏幕拖影）。

定时器初始化部分代码如下：

添加msh命令用于控制台调节屏幕亮度：

命令为【pwm 数值】，取值范围100-800

屏幕xy坐标系，显示数据结构，实现画点画线函数

参考直接坐标系，以左下角为坐标原点。

由于显示屏有效像素为64x32，并且每个像素有三个RGB颜色，据此定义数据结构如下，uint8_t类型的适合配合字模适用，便于显示英文字母和汉字，uint32_t类型的适合作图，通过联合体共享同一块数据内存区域。Move_buf用于存放较长内容用于移动效果显示。Color为显示颜色，共7个。

在此基础上实现画点和画线（直线），只需确定坐标位置，置位和清零对应二维数组的相应位。画线只是调用画点的函数，如下：

数字变换效果

有了以上的基础，动态效果便可很方便的实现，比如由0到1的变换，

通过画点和画线，将FE向右移动，将A和D逐点擦除，执行若干次后实现效果，代码如下。其它数字原理一样，不再详细介绍。

广告板移动效果

这里是显示万年历的移动显示的例子，只占用一排，上面或者下面一行。

显示内容二维数组，移动效果实现原理是将数组中的每个数据移位，将用于显示的其中一段拷贝到显示数据结构。

WIFI和NTP实现

广告走一波，要论操作系统哪家强，有个天才初三小妹妹告诉你：原帖在这里http://www.right.com.cn/forum/thread-337363-1-1.html

正是因为RTT丰富的外围组件，几乎不用写一行驱动代码就实现了WiFi和NTP的功能，因为组件已经提供了ESP8266的驱动、NTP服务的驱动。只需针对应用需求做相应调用就可以满足设计要求。方法见前文RTT配置一章。

目前系统联网还有问题待解决，目前每个小时与NTP服务器同步一次，每次复位后第4个同步函数开始都会报错。（容我查明原因再修正）

老样子，免费得来的都不会珍惜，本文全开转发朋友圈保留6小时以上，截图给微信karaxiaoyu获取源代码以及原理图！

顺便，建了一个交流群，讨论本时钟，100估计分分钟就满，手快有，手慢无！公众号改版，为了以后不错过最新的消息，请参考最上面动图我设置星标，谢谢！