【RA】基于瑞萨R7FA2E1A72DFL的万年历 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# 基于瑞萨R7FA2E1A72DFL的万年历 基于瑞萨R7FA2E1A72DFL的万年历，时钟使用单片机内部rtc，支持农历显示，温湿度检测，亮度检测，外挂蓝牙芯片进行授时，广播温湿度等操作。单片机驱动64个ws2812，点亮特定位置的led，展示时钟日期信息。 ## 灵感来源 https://hackaday.io/project/57535-dulles-clock https://hackaday.io/project/169194-8x8-rgb-ledmatrix-desktop-word-clock https://hackaday.io/project/163848-japanese-word-clock https://hackaday.io/project/3305-word-clock https://www\.youtube\.com/watch?v=fYtS\_n\_GhCY&t=856s ## 电脑通过蓝牙对其设定时间   ## 外观   # 缘起  瑞萨x立创eda联合举办的活动，白嫖器件，白嫖pcb，白嫖3d打印 https://maker.lceda.cn/LCEDA_RAMCU 这个制作几乎没什么成本，全让立创报销了。 感谢立创以及瑞萨举办本次活动活动，特别感谢群内官方技术支持和活动运营人员。  感谢群友互助。 # 元件 | 描述 | 型号 | | MCU | R7FA2E1A72DFL | | 温度传感器 | GXHT30（同SHT30） | | 蓝牙 | CH571k | | LED | WS2812B | # 主控:R7FA2E1A72DFL 48M Arm Cortex M23内核 16k ram，64k rom 1个32位定时器（GPT0），6个16位定时器（GPT4-9），2个低功耗定时器 1个专用spi，1个专用i2c 4个sci，可配置为uart、spi、i2c 12位adc RTC 触摸 真随机数生成器，硬件AES，ECC加速。 # 外观设计 三明治结构，底层控制电路和led，中层3d打印格栅，顶层薄pcb开窗，作为显示面板。 ## 顶层  pcb的底版是玻璃纤维增强树脂基复合材料，他其实是半透明的。然而，铜作为一种金属，却能很好的隔光。 黄色部分是开窗的，半透明，直接露出pcb基板。黑色部分是阻焊+铺铜，良好隔光。 在eda中按汉字的轮廓精准开窗，这样就能让字符清晰显示。 ## 中框  中框是用立创eda专业版画的。真的。不要看里面的电路，可能是旧的，只看外壳设计。链接在此： [外壳工程链接](https://oshwhub.com/legend-tech/ra-ji-yu-rui-sa-r7fa2e1a72dfl-de-wan-nian-li-wai-ke) ws2812发光是向所有方向的，这样除了正上方的字会被照亮，周围一圈也会被隐隐照亮，所以加上这个中框，内部栅格阻止光的横向传播。 但是即使这样，在led亮度升高时，还是会有部分漏光，尤其是红光。 可以加大led间距，并且在文字周围添加过孔，阻碍光线传播，但是影响观感，表面就不丝滑了。 ## 底层 电路部分，预留安装孔。  ## 装配  
这侧装配设计是比较满意的。在顶层的背面预留焊盘，将铜柱焊接在焊盘上，中框预留铜柱的缺口，螺丝穿过底层拧在铜柱上。  这样在正面和侧面就看不到固定的装置，只有背面有四个螺丝。 # 立创eda：顶层的字是如何写上去的 总的来说，Illustrator进行排版，导出dxf轮廓，导入eda中，通过轮廓建立开窗区域。 但是，实际情况有点复杂。 立创eda目前不能正确识别嵌套的轮廓，例如导入一个环，eda会认为这是大圆套小圆，而不是一个环。 幸运的是，有些字体（包括但不限于`楷体_GB2312`），是以笔画位单位的，每一笔都是简单封闭图形。用这个导入创建轮廓没事。 具体可参考附件的ai工程。  对于图标，我的做法是把图标拆开成多个简单封闭图像，然后导入。把几个图形按相对位置拼在一起。例如蓝牙图标就是拆成两部分后导入的，这样两部分的每一笔都是一个封闭图形。  # 电路 从电源触发，先进自恢复保险F1，然后5v直通所有ws2812。另有一路通过ldo降压成3.3v给其他设备供电。电路集成蜂鸣器，光敏电阻（adc测量），温湿度传感器（i2c通讯），蓝牙芯片（串口通讯），以及两组WS2812通过spi模拟操作他的信号进行控制。 # 开发环境 RA系列专用版e2 studio，内部集成fsp。[下载链接](https://github.com/renesas/fsp/releases)  # 软件代码 [github](https://github.com/liux-pro/super-clock)为主，[gitee](https://gitee.com/legend-tech/super-clock)更新可能不及时。目前仍在开发中，部分功能不可用。 | 功能 | 状态 | | rtc初始化授时 | 可用 | | 时间日期农历显示 | 可用 | | 温湿度读取 | 可用 | | 亮度adc读取 | 可用 | | windows电脑通过蓝牙授时软件 | 可用 | | 安卓通过蓝牙授时app | 待开发 | | 温湿度蓝牙读取广播 | 待开发 | | 基于环境光的亮度控制 | 待开发 | | 闹钟 | 待开发 | | 动画 | 待开发 | ``` ├─adc adc读取光敏电阻 ├─ble 蓝牙通讯 ├─buzzer pwm驱动无源蜂鸣器 ├─color hsv色域转换 ├─debug 调试串口 ├─fcal 农历转换 ├─GXHT30 温湿度传感器驱动 ├─rtc 实时时钟 日期计算 ├─timer 屏幕刷新信号 └─ws2812 led驱动 main.cpp 主要逻辑 utils.h 工具类 ``` ## 第三方软件包 https://github.com/FlyingFishBird/fcal（适应单片机的fork https://github.com/liux-pro/fcal） https://github.com/NordicSemiconductor/Android-BLE-Library https://github.com/DerekGn/WinRtBle # 技术参考 软件设计的参考资料基本有四种来源 1. ide会自带fsp说明文档，内含所有函数的说明文档和示例代码。 2. 官方有大量例程，[官网下载链接](https://www2.renesas.cn/cn/zh/software-tool/flexible-software-package-fsp#document)。 3. 官方的 ra生态工作室。 4. 官方论坛搜索。 RA系列面世时间不长，生态还在建设中。国外资源相对国内丰富一下，论坛也相对活跃，有问题可以尝试用英文搜索一下试试，有奇效。 ## 调试输出函数设计 可能是我比较菜鸟，官方的printf重定向我跑不通。 参口https://www.ibm.com/docs/en/zos/2.1.0?topic=functions-vsprintf-format-print-data-buffer 最printf进行包装。 详见debug文件夹 ## spi驱动ws2812 通过spi发送特定数据包，模拟ws2812所需时序，相关代码在ws2812下。 https://www.elecfans.com/d/comp-4843843-136335947323087548416.html http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2622343 ## 瑞萨spi驱动ws2812的坑 这是一个天坑 瑞萨的 sci spi channel 2 9 在mosi上发送信号时候. 每次发送前会先把mosi拉高几微秒，然后正常发送信号。 在正常spi通信时候，因为有clk信号，这没有问题。 但是如果控制ws2812，这几个微秒会破环信号，导致第一个比特翻转， 导致灯带第一个led收到的信号的最高位一直是1. 邪门的是sci channel 2 会这样，专用spi没有这个问题。 官方论坛上也有人指出这个问题，他说sci channel 9 也有这个问题 参考：https://renesasrulz\.com/embedded\-system\-platform/synergy/f/forum/19774/r\_sci\_spi\-simple\-spi\-the\-rising\-edge\-of\-the\-first\-pulse\-occurs\-much\-earlier\-than\-expected?ReplySortBy=CreatedDate&ReplySortOrder=Ascending 官方例程采用了sci0，所以“恰好”没遇到这个问题。 只能暂时发之前多发几个0xff，让这个脉冲信号远离真正的信号，希望瑞萨解解决个问题 官方如果想验证，可以直接用sci2驱动ws2812，看第一个灯，永远不能关闭。 ## 色域转换 ws2812基于rgb进行混色，然而rgb对于颜色的描述并不直观，而hsv色域对颜色描述对人类来说是十分直观的。 h代表红橙黄绿青蓝紫。s代表颜色的饱和度，v代表亮度。下面的参考链接提供一种快速的色域转换算法。  参考：https://www.vagrearg.org/content/hsvrgb ## 压电无源蜂鸣器 这种无源的蜂鸣器加个三极管，给上pwm是不能驱动的，需要并联一个电阻。感谢客户编 @19395A 的群友 参考：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1678346404000645198&wfr=spider&for=pc ## 随机数生成的坑 瑞萨带有一个真随机数生成器，当前fsp（3.6）有bug，c++下该库编译不过。 瑞萨接受了我的修复代码，在新版fsp中这不是问题了 参考:https://github.com/renesas/fsp/pull/195 ## 时间设置 采用蓝牙广播一个时间戳来初始化rtc，目前实现了windows和Android下发送蓝牙广播调整rtc时间。基本原理是发送一个蓝牙广播，厂商信息里填充时间戳。ch571k接收到广播后通过串口发给瑞萨单片机，进而调整时间。 ## 蓝牙代码 基于主从一体的例程就行修改，接收特定厂商的广播，并提取有效数据通过串口发出去。收到数据把数据放到广播里。暂不支持连接，只支持通过广播通讯。 见附件ch571k.zip ## windows上位机 通过winrt调用电脑上的蓝牙，获取当前时间戳，组装特定的数据包发出去。蓝牙芯片会接受这个广播，发给瑞萨，进而完成授时。 SuperClockWindows.7z # 未曾设想的道路 1. 有屏幕的地方就有badapple。 2. 屏幕显示电脑cpu占用和温度等。