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[Arduino资料] 零知开源——基于STM32F407VET6零知增强板的四路独立计时器

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 楼主| lingzhiLab 发表于 2025-7-1 09:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
stm32f407vet6, TFT, 定时器, BEEP, debounce
项目概述
本教程将指导你如何使用STM32F407VET6零知增强板实现一个功能强大的四路独立计时器。每个计时器可以独立控制，支持开始、暂停和重置功能，并具备定时报警功能（4小时或每小时触发）。项目结合了TFT显示屏、蜂鸣器和按钮控制，提供了一个直观的用户界面。

核心功能
>四路独立计时器：        每个计时器独立运行，互不影响
>多种控制模式：           开始、暂停、重置功能
>智能报警系统：           4小时及以上每小时报警提示
>直观的用户界面：        TFT显示屏显示计时器状态
>声音提示：                  蜂鸣器提供报警音效
>长/短按操作：             按钮支持不同时长的操作

一、硬件准备 1.1 硬件清单
主控板
STM32F407VET6零知增强板
显示屏
1.54英寸TFT显示屏（ST7789驱动）
蜂鸣器
有源蜂鸣器模块
LED
LED灯珠
按钮
4个轻触开关
连接线
杜邦线若干
电源
5V电源适配器或USB供电


1.2 硬件连接
模块
零知增强板引脚
TFT_CS
53
TFT_DC
2
TFT_MOSI
51
TFT_SCLK
52
TFT_RST
4
蜂鸣器&LED
3
按钮1
14
按钮2
15
按钮3
16
按钮4
17

1.3 连接硬件图主控零知增强板和ST7789显示屏：
屏幕截图 2025-06-28 160303.png

蜂鸣器和按键电路：
图片1.png

1.4 连接实物图
6c1c365c-e4bb-40e0-8f8f-69f9461ca90f.jpg

二、软件环境配置1.零知开源开发工具（Lingzhi IDE）
2.安装必要的库：
Adafruit_GFX
Adafruit_ST7789
3.配置开发板类型：STM32F407VET6

三、核心代码解析1. 引脚定义与初始化
复制
  1. #include <Adafruit_GFX.h>
    

  2. #include <Adafruit_ST7789.h>
    

  3. #include <SPI.h>
    


  4. 

  5. // 屏幕引脚配置
    

  6. #define TFT_CS         53
    

  7. #define TFT_RST        4
    

  8. #define TFT_DC         2
    

  9. #define TFT_MOSI       51
    

  10. #define TFT_SCLK       52
    


  11. 

  12. // 使用硬件SPI
    

  13. Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_MOSI, TFT_SCLK, TFT_RST);
    


  14. 

  15. // 蜂鸣器引脚
    

  16. #define BUZZER_PIN 3
    


  17. 

  18. // 按钮引脚 - 高电平触发
    

  19. #define BUTTON_PIN1 14
    

  20. #define BUTTON_PIN2 15
    

  21. #define BUTTON_PIN3 16
    

  22. #define BUTTON_PIN4 17
    


  23. 

  24. // 计时器结构
    

  25. typedef struct {
    

  26.   unsigned long totalSeconds;
    

  27.   bool isRunning;
    

  28.   bool isReset;
    

  29.   unsigned long lastUpdateTime; // 每个计时器独立的更新时间戳
    

  30.   unsigned long lastHourAlarm;  // 上次小时报警时间戳
    

  31.   bool alarmTriggered;          // 计时器报警状态
    

  32. } Timer;
    


  33. 

  34. Timer timers[4]; // 四个计时器

2. 按钮状态检测
复制
  1. // 按钮状态
    

  2. enum ButtonState {
    

  3.   BUTTON_RELEASED,
    

  4.   BUTTON_PRESSED
    

  5. };
    


  6. 

  7. // 按钮结构
    

  8. typedef struct {
    

  9.   uint8_t pin;
    

  10.   ButtonState state;
    

  11.   ButtonState lastState;
    

  12.   unsigned long pressStartTime;
    

  13. } Button;
    


  14. 

  15. Button buttons[4];
    


  16. 

  17. // 当前选中的计时器
    

  18. int selectedTimer = 0;
    

  19. bool alarmActive = false;       // 报警激活状态
    

  20. bool alarmSilenced = false;     // 报警被静音
    

  21. unsigned long lastBeepTime = 0; // 上次蜂鸣器响的时间
    

  22. unsigned long lastDebounceTime = 0;
    

  23. const unsigned long debounceDelay = 50; // 消抖时间(毫秒)
    


  24. 

  25. // 报警参数
    

  26. const unsigned long ALARM_INTERVAL = 800; // 蜂鸣器报警间隔(ms)
    

  27. const unsigned long HOUR_SECONDS = 3600;   // 1小时的秒数
    

  28. const unsigned long ALARM_HOURS = 4;       // 报警小时数
    


  29. 

  30. // PWM参数
    

  31. const int TONE_FREQUENCY = 2500; // 蜂鸣器频率 (Hz)
    

  32. const int TONE_DURATION = 300;   // 蜂鸣器单次响声持续时间 (ms)

3. 初始化设置
复制
  1. void setup() {
    

  2.   Serial.begin(9600);
    

  3.   
    

  4.   // 初始化蜂鸣器
    

  5.   pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
    

  6.   digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
    

  7.   
    

  8.   // 初始化按钮
    

  9.   buttons[0] = {BUTTON_PIN1, BUTTON_RELEASED, BUTTON_RELEASED, 0};
    

  10.   buttons[1] = {BUTTON_PIN2, BUTTON_RELEASED, BUTTON_RELEASED, 0};
    

  11.   buttons[2] = {BUTTON_PIN3, BUTTON_RELEASED, BUTTON_RELEASED, 0};
    

  12.   buttons[3] = {BUTTON_PIN4, BUTTON_RELEASED, BUTTON_RELEASED, 0};
    

  13.   
    

  14.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  15.     pinMode(buttons[i].pin, INPUT);
    

  16.   }
    

  17.   
    

  18.   // 初始化屏幕
    

  19.   tft.init(240, 320);
    

  20.   tft.setRotation(1);
    

  21.   tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
    

  22.   
    

  23.   // 初始化计时器
    

  24.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  25.     timers[i].totalSeconds = 0;
    

  26.     timers[i].isRunning = false;
    

  27.     timers[i].isReset = true;
    

  28.     timers[i].lastUpdateTime = 0;
    

  29.     timers[i].lastHourAlarm = 0;
    

  30.     timers[i].alarmTriggered = false;
    

  31.   }
    

  32.   
    

  33.   // 绘制初始界面
    

  34.   drawTimers();
    

  35. }

4. 主循环控制
复制
  1. void loop() {
    

  2.   unsigned long currentMillis = millis();
    

  3.   
    

  4.   // 更新所有正在运行的计时器
    

  5.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  6.     if (timers[i].isRunning) {
    

  7.       // 每个计时器独立更新
    

  8.       if (currentMillis - timers[i].lastUpdateTime >= 1000) {
    

  9.         timers[i].totalSeconds++;
    

  10.         timers[i].lastUpdateTime = currentMillis;
    

  11.         
    

  12.         // 检查报警条件
    

  13.         checkAlarmConditions(i);
    

  14.         
    

  15.         // 只更新这个计时器的显示
    

  16.         drawTimer(i);
    

  17.       }
    

  18.     }
    

  19.   }
    

  20.   
    

  21.   // 处理按钮事件
    

  22.   pollButtons();
    

  23.   handleButtonEvents();
    

  24.   
    

  25.   // 处理报警声音
    

  26.   updateAlarmSound();
    

  27.   
    

  28.   delay(10);
    

  29. }

5. 报警系统实现
复制
  1. // 检查报警条件
    

  2. void checkAlarmConditions(int index) {
    

  3.   // 检查是否达到4小时或每小时
    

  4.   if (timers[index].totalSeconds >=  ALARM_HOURS * HOUR_SECONDS) { 
    

  5.     // 检查是否达到新的小时
    

  6.     if (timers[index].totalSeconds % HOUR_SECONDS == 0) {
    

  7.       // 避免连续触发
    

  8.       if (timers[index].totalSeconds != timers[index].lastHourAlarm) {
    

  9.         timers[index].alarmTriggered = true;
    

  10.         alarmActive = true;
    

  11.         alarmSilenced = false;
    

  12.         timers[index].lastHourAlarm = timers[index].totalSeconds;
    

  13.       }
    

  14.     }
    

  15.   }
    

  16. }
    


  17. 

  18. // 更新报警声音
    

  19. void updateAlarmSound() {
    

  20.   if (alarmActive && !alarmSilenced) {
    

  21.     unsigned long currentMillis = millis();
    

  22.     
    

  23.     // 每秒响一次（300ms开，800ms关）
    

  24.     if (currentMillis - lastBeepTime >= ALARM_INTERVAL) {
    

  25.       lastBeepTime = currentMillis;
    

  26.       
    

  27.       // 播放悦耳音调
    

  28.       tone(BUZZER_PIN, TONE_FREQUENCY, TONE_DURATION);
    

  29.     }
    

  30.   } else {
    

  31.     noTone(BUZZER_PIN);
    

  32.   }
    

  33. }
    


  34. 

  35. // 轮询按钮状态（带消抖）
    

  36. void pollButtons() {
    

  37.   unsigned long currentMillis = millis();
    

  38.   
    

  39.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  40.     // 读取按钮状态（高电平表示按下）
    

  41.     ButtonState reading = (digitalRead(buttons[i].pin) == HIGH) ? BUTTON_PRESSED : BUTTON_RELEASED;
    

  42.     
    

  43.     // 如果状态改变，重置消抖计时器
    

  44.     if (reading != buttons[i].lastState) {
    

  45.       lastDebounceTime = currentMillis;
    

  46.     }
    

  47.     
    

  48.     // 如果状态稳定时间超过消抖延迟
    

  49.     if ((currentMillis - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    

  50.       // 更新按钮状态
    

  51.       if (reading != buttons[i].state) {
    

  52.         buttons[i].state = reading;
    

  53.         
    

  54.         // 记录按下开始时间
    

  55.         if (buttons[i].state == BUTTON_PRESSED) {
    

  56.           buttons[i].pressStartTime = currentMillis;
    

  57.         }
    

  58.       }
    

  59.     }
    

  60.     
    

  61.     // 保存当前状态用于下次比较
    

  62.     buttons[i].lastState = reading;
    

  63.   }
    

  64. }
    


  65. 

  66. // 静音报警并清除报警状态
    

  67. void silenceAlarm() {
    

  68.   alarmActive = false;
    

  69.   alarmSilenced = true;
    

  70.   noTone(BUZZER_PIN);
    

  71.   
    

  72.   // 清除所有计时器的报警状态
    

  73.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  74.     timers[i].alarmTriggered = false;
    

  75.     // 重绘计时器以清除"ALARM"显示
    

  76.     drawTimer(i);
    

  77.   }
    

  78. }

6. 按钮事件处理
复制
  1. void handleButtonEvents() {
    

  2.   unsigned long currentMillis = millis();
    

  3.   bool buttonEventOccurred = false;
    

  4.   int previousSelectedTimer = selectedTimer; //跟踪之前的选择  
    

  5.   
    

  6.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  7.     if (buttons[i].state == BUTTON_PRESSED) {
    

  8.       // 长按检测（超过1秒）
    

  9.       if (currentMillis - buttons[i].pressStartTime > 1000) {
    

  10.         // 长按 - 只复位当前选中的计时器
    

  11.         if (i == selectedTimer) {
    

  12.           timers[i].totalSeconds = 0;
    

  13.           timers[i].isRunning = false;
    

  14.           timers[i].isReset = true;
    

  15.           timers[i].lastUpdateTime = 0;
    

  16.           timers[i].lastHourAlarm = 0;
    

  17.           timers[i].alarmTriggered = false;
    

  18.           drawTimer(i);
    

  19.           silenceAlarm();
    

  20.         }
    

  21.         buttonEventOccurred = true;
    

  22.       }
    

  23.     } else if (buttons[i].state == BUTTON_RELEASED) {
    

  24.       // 按钮释放时检测短按
    

  25.       if (buttons[i].pressStartTime > 0 && 
    

  26.           currentMillis - buttons[i].pressStartTime > debounceDelay && 
    

  27.           currentMillis - buttons[i].pressStartTime <= 1000) {
    

  28.         
    

  29.         buttonEventOccurred = true;
    

  30.         
    

  31.         // 短按 - 开始/暂停计时器或切换计时器
    

  32.         if (i == selectedTimer) {
    

  33.           timers[i].isRunning = !timers[i].isRunning;
    

  34.           timers[i].isReset = false;
    

  35.           timers[i].lastUpdateTime = millis();
    

  36.         } else {
    

  37.           previousSelectedTimer = selectedTimer;
    

  38.           selectedTimer = i;
    

  39.           // 重绘所有计时器以更新选中框
    

  40.           drawTimer(previousSelectedTimer);
    

  41.           drawTimer(selectedTimer);
    

  42.         }
    

  43.         
    

  44.         // 只更新当前计时器的显示
    

  45.         drawTimer(i);
    

  46.       }
    

  47.       
    

  48.       // 重置按下开始时间
    

  49.       buttons[i].pressStartTime = 0;
    

  50.     }
    

  51.   }
    

  52.   
    

  53.   // 如果有按钮事件，静音报警并清除报警状态
    

  54.   if (buttonEventOccurred) {
    

  55.     silenceAlarm();
    

  56.   }
    

  57. }

7. 用户界面设计
复制
  1. void drawTimers() {
    

  2.   tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
    

  3.   
    

  4.   // 绘制四个计时器区域
    

  5.   tft.drawRect(0, 0, 160, 120, ST77XX_WHITE);    // 左上
    

  6.   tft.drawRect(160, 0, 160, 120, ST77XX_WHITE);  // 右上
    

  7.   tft.drawRect(0, 120, 160, 120, ST77XX_WHITE);   // 左下
    

  8.   tft.drawRect(160, 120, 160, 120, ST77XX_WHITE); // 右下
    

  9.   
    

  10.   // 绘制所有计时器
    

  11.   for (int i = 0; i < 4; i++) {
    

  12.     drawTimer(i);
    

  13.   }
    

  14. }
    


  15. 

  16. void drawTimer(int index) {
    

  17.   int x, y;
    

  18.   
    

  19.   // 确定位置
    

  20.   switch (index) {
    

  21.     case 0: x = 30; y = 50; break; // 左上
    

  22.     case 1: x = 190; y = 50; break; // 右上
    

  23.     case 2: x = 30; y = 170; break; // 左下
    

  24.     case 3: x = 190; y = 170; break; // 右下
    

  25.     default: return;
    

  26.   }
    

  27.   
    

  28.   // 清除时间显示区域（避免残留字符）
    

  29.   tft.fillRect(x, y, 100, 20, ST77XX_BLACK);
    

  30.   
    

  31.   // 设置文本颜色和大小
    

  32.   tft.setTextSize(2);
    

  33.   tft.setTextColor(index == selectedTimer ? ST77XX_YELLOW : ST77XX_WHITE);
    

  34.   
    

  35.   // 计算时间
    

  36.   int hours = timers[index].totalSeconds / 3600;
    

  37.   int minutes = (timers[index].totalSeconds % 3600) / 60;
    

  38.   int seconds = timers[index].totalSeconds % 60;
    

  39.   
    

  40.   // 格式化时间
    

  41.   char timeStr[12];
    

  42.   sprintf(timeStr, "%02d:%02d:%02d", hours, minutes, seconds);
    

  43.   
    

  44.   // 显示时间
    

  45.   tft.setCursor(x, y);
    

  46.   tft.print(timeStr);
    

  47.   
    

  48.   // 清除状态显示区域
    

  49.   tft.fillRect(x, y + 30, 60, 10, ST77XX_BLACK);
    

  50.   
    

  51.   // 显示状态
    

  52.   tft.setTextSize(1);
    

  53.   tft.setCursor(x, y + 30);
    

  54.   if (timers[index].isReset) {
    

  55.     tft.print("Reset");
    

  56.   } else if (timers[index].isRunning) {
    

  57.     tft.setTextColor(ST77XX_GREEN);
    

  58.     tft.print("Running");
    

  59.   } else {
    

  60.     tft.setTextColor(ST77XX_ORANGE);
    

  61.     tft.print("Paused");
    

  62.   }
    

  63.   
    

  64.   // 显示报警状态（仅在报警触发且未静音时显示）
    

  65.   tft.fillRect(x + 60, y + 30, 40, 10, ST77XX_BLACK);
    

  66.   if (timers[index].alarmTriggered && !alarmSilenced) {
    

  67.     tft.setCursor(x + 60, y + 30);
    

  68.     tft.setTextColor(ST77XX_MAGENTA);
    

  69.     tft.print("ALARM");
    

  70.   }
    


  71. 

  72.   //优化选择高亮绘图
    

  73.   static int lastSelected = -1;
    

  74.   
    

  75.   //显示选中框
    

  76.   if (index == selectedTimer || index == lastSelected) {
    

  77.     int rectX, rectY;
    

  78.     switch (index) {
    

  79.       case 0: rectX = 2; rectY = 2; break;
    

  80.       case 1: rectX = 162; rectY = 2; break;
    

  81.       case 2: rectX = 2; rectY = 122; break;
    

  82.       case 3: rectX = 162; rectY = 122; break;
    

  83.     }
    


  84. 

  85.   //通过绘制黑色清除先前的选择
    

  86.     tft.drawRect(rectX, rectY, 156, 116, ST77XX_BLACK);
    

  87.     tft.drawRect(rectX+1, rectY+1, 154, 114, ST77XX_BLACK);
    

  88.     
    

  89.     //如果这是选定的计时器，则绘制新选区
    

  90.     if (index == selectedTimer) {
    

  91.       tft.drawRect(rectX, rectY, 156, 116, ST77XX_YELLOW);
    

  92.       tft.drawRect(rectX+1, rectY+1, 154, 114, ST77XX_YELLOW);
    

  93.     }
    


  94. 

  95.   }
    

  96.   lastSelected = selectedTimer;
    

  97. }

使用说明
>选择计时器：短按对应按钮选择要操作的计时器（黄色边框表示选中）
>开始/暂停：短按当前选中计时器的按钮
>重置计时器：长按（>1秒）当前选中计时器的按钮
>报警静音：任意按钮操作可暂时静音报警
>报警条件：
        计时达到4小时及以上时，每小时触发一次报警
        显示屏显示"ALARM"状态
        蜂鸣器发出提示音

四、项目演示效果1. 四小时报警功能演示当任意一个计时器达到4小时或以上时，系统会触发报警功能：
        计时器区域显示"ALARM"文字、报警状态会持续显示直到用户操作、蜂鸣器发出悦耳的2500Hz提示音

2. 报警静音操作演示 报警触发后，用户可以通过以下方式关闭报警：
        按下任意一个计时器按钮（短按）、蜂鸣器立即停止发声、屏幕上"ALARM"提示消失、系统进入静音状态
        长按当前选中计时器的按钮（>1秒）、除了停止报警，还会重置该计时器、计时器归零并显示"Reset"状态

3. 多计时器独立运行演示四个计时器可完全独立操作：
        四个计时器可同时开始计时、每个计时器独立记录时间、显示屏分区显示各自状态
                >选择计时器1：短按按钮1
                >开始/暂停：再次短按
                >按钮1重置：长按按钮1（>1秒）
        其他计时器操作类似

4. 项目视频演示
https://live.csdn.net/v/483152
达到四小时计数后持续报警，按下任意键清除报警声，在四个小时基础上每过一个小时报警一次。

五、常见问题解答Q1: 报警声音可以调整吗？
A: 可以，在代码中修改以下参数：
复制
  1. const int TONE_FREQUENCY = 2500; // 频率(Hz)，范围0-5000
    

  2. const int TONE_DURATION = 300;   // 单次响声持续时间(ms)
    

  3. const unsigned long ALARM_INTERVAL = 800; // 报警间隔(ms)
Q2: 为什么我的报警没有触发？
A: 请检查：
计时器是否达到4小时（显示04:00:00）
ALARM_HOURS参数设置是否正确（默认为4）
蜂鸣器接线是否正确（正负极）
Q3: 如何改变报警的小时阈值？
A: 修改代码中的常量定义：
复制
  1. const unsigned long ALARM_HOURS = 2; // 2小时触发报警
Q4: 按钮按下后没有响应怎么办？
A: 检查：
按钮是否正常连接（用万用表测试通断）
按钮引脚配置是否正确
消抖参数是否合适（可调整debounceDelay）

六、完整源码获取 百度网盘获取链接，通过网盘分享的文件：STM32-Multi-Timer.zip
https://pan.baidu.com/s/1v9NuKp690DUWvqAC73VV8Q?pwd=3wv2

压缩包内容：
/STM32-Multi-Timer
  ├── TIM_NVIC.ino      // 主程序
  ├── Adafruit-ST7735-Library-master/                 // 所需库文件
  ├── SPI/                // 电路图

本教程详细展示了四路独立计时器的报警功能和操作演示，并提供了完整的源码获取方式。这个项目不仅具有实际应用价值，还涵盖了嵌入式开发的多个关键技术点：
        >多任务处理（四个独立计时器）                >用户界面设计（TFT显示）
        >中断处理（按钮响应）                              >报警系统设计（声光提示）
        >状态机实现（计时器状态管理）


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