整体架构方案如图

主控板选择由涂鸦智能出品的 TYDE-ZTU-MCU-L431 三明治开发板。

详细原理图和 PCB 请参考 主控板完整原理图 和 主控板完整 PCB 。

TYDE-ZTU-MCU-L431 的主控芯片选用 STM32L431CCT6。这是一款基于 Arm Cortex-M4 32 位 RISC 核心的超低功耗微控制器，工作频率可达 80 MHz。Cortex-M4 核心具有浮点单元 (FPU) 单精度，支持所有 Arm® 单精度数据处理指令和数据类型。它还实现了一套完整的 DSP 指令和内存保护单元 (MPU)，提高了应用的安全性。

STM32L431CCT6 设备嵌入高速存储器（闪存高达 256 kbyte, 64 kbyte 的 SRAM)有四种保护机制:读出保护、写保护、专有代码读出保护和防火墙。

STM32L431CCT6 还具备一个快速 12 位 ADC (5 Msps)、两个比较器、一个运算放大器、两个 DAC 通、一个内部电压参考缓冲器、一个低功耗 RTC、一个通用 32 位定时器、一个专用于电机控制的 16 位 PWM 定时器、四个通用 16 位定时器，和两个 16 位低功耗定时器。此外，还有多达 21 个电容感测通道可用，功能非常强大。

详情请查看 STM32L431 数据手册。

通讯模组的功能是获取 涂鸦 IoT 开发平台 下发的数据信息，并将该信息传递给主控 MCU，MCU 也可以也通过通信模组，将数据上报到云端。

涂鸦提供的支持多种通信协议、多种尺寸规格、多种工作温度、多种焊接方式的一系列超高性价比自研模组，广泛应用于各种产品类型和开发方式，开发者可根据自身的产品需求进行灵活选择。

由于本次有低功耗的需求，建议开发者选择一些支持低功耗模式的模组，比如 Bluetooth Low Energy，Zigbee 等，并且根据所选模组，适当修改一下电路。

开发板具有两种供电方式，分别是 USB 和电池供电，且两种供电方式只能二选一。

第一种方式是由 USB 供电。USB 提供的 5V 电压，一部分给 U1 CH340C 串口芯片供电，另外一部分通过 U3 BL1117 LDO，将 5V 电压转化为 3.3V 电压，给单片机和模组供电。

电路

优点：

这种方式适用于调试阶段，由于有 CH340C 串口芯片，用户插上 USB，借助串口调试助手，可以直接和 MCU 进行通讯。

缺点： U1 和 U3 为非低功耗器件，漏电流较大，因此正常工作时，整机功耗较高。

第二种方式是由一颗 CR2450 扣式纽扣电池通过 D2 二极管，直接给单片机和模组供电。

优点：

这种方式电路较为简单，整机器件的静态功耗只有几微安，完全满足低功耗设备的要求。

CR2450 纽扣电池是锂锰环保纽扣式电池，其储存寿命长、产品性能稳定可靠、自放电率低、抗漏液性强。2450 代表着电池的标准尺寸， 24 表示直径是 24mm， 5 代表电池的高度为 5mm，0 代表电池形状为圆柱。新电池开路电压通常在 3.3V 左右，容量大概为 520mAh。

电路

这两路供电方式可以通过 P4 处的跳线帽进行切换，如下图，其中 P_3.3V 为 USB 方式供电，B_3V 为纽扣电池供电。

功能板主要有两个核心器件。

功能板的详情请参考 功能板完整原理图 和 功能板完整 PCB。

本方案采用 GT5SLAD3B-FA 标准矢量字库芯片，开发者也可以选用其他字库芯片。

GT5SLAD3B-FA 是一款支持 16-192 点阵的矢量字库芯片，使用灰度算法使汉字边缘变得比纯点阵字更加柔和、平滑。采用高通超小型嵌入式矢量字库，具有字体平滑及不失真等特点，可以产生多种高质量的文字输出，可以支持加粗、倾斜、反白、阴影等文字特效，支持 GBK 中文，GB18030 中文，ASCII 码，拉丁文这几种编码。

应用原理图如下图：

具体引脚功能为：

优点： 字库芯片的使用也比较方便。在此之前，开发者通常是使用文字取模软件进行取模，然后存储在程序数组里，再拿去显示，当只显示一些特定的字符或文字时，这是一个不错的方式，但是当需要显示的字符比较多时，这种方法就不太适合了，这时候字库芯片的优势就体现出来了。

字库芯片厂家有提供对应的 .lib 静态库文件，这种静态库文件, 是由 c 源文件经过与开发者相似的环境进行编译得到的，使用方式和 c 文件一致，把 lib 文件和对应的 h 头文件添加到开发者的开发项目工程里即可，根据头文件定义的函数接口，进行调用。

开发者只需要输入所需文字的对应字符编码（比如 GB18030 编码），文字宽度，文字高度，文字粗细这几个参数，就可以获取该文字的点阵数组，再将点阵数组数据传递显示函数中，就可以将文字显示出来了，非常简单。详情可查看 GT5SLAD3B-FA 数据手册 中的固件开发章节。

电子墨水屏又被称为电子纸显示技术。电子纸显示技术（简称 EPD），由美国麻省理工大学教授约瑟夫.雅各布森及其研发团队，经历 30 余年研发成功。

原理：

电子墨水屏是由许多电子墨水组成，电子墨水可以看成一个个胶囊的样子。每一个胶囊里面有液体电荷，其中正电荷染白色，负电荷染黑色。当我们在一侧给予正负电压，带有电荷的液体就会被分别吸引和排斥。这样，每一个像素点就可以显示白色或者黑色了。

因为电子墨水的刷新是不连续的，每一次刷新完成就可以保持现在的图形，即使拔掉电池也依旧保存。电子墨水具有双稳态磁滞效应，所以即便电池没电，小球也不会回复原状或者进入随机的混沌状态，而是保持最后画面的状态，此时耗电量为 0。

参数:

特性:

内置驱动器 IC，无需另配驱动器，仅需少量外围器件，即可通过 MCU 控制显示，节省资源

超宽视角，将近 180°

超低功耗（断电可以继续保持显示内容）

纯反射模式

防眩硬涂层前表面

低电流深度睡眠模式

采用 COG 封装，IC 厚度 300um

使用寿命（无故障刷新次数）：100 万次以上

电路原理图:

主要引脚功能如下：

翻阅数据手册如下，可知源极驱动电压 VSH 引脚和门极驱动电压 VGH 引脚电压典型值都远大于芯片电源引脚，因此对该引脚还需要进行一个升压的处理。

如原理图所示，3.3V 输入源，电感 L1，MOS 管 Q1，电容 C1，二极管 D3，电阻 R2 构成了一个最基本的 boost 升压电路，MOS 管 Q1 的导通或截止状态，由 E_GDR 控制。

当 MOS 管 Q1 导通时，输入电压经过电感 L1 后直接通过限流电阻 R2 返回到 GND，这导致通过电感 L1 的电流线性的增大，此时输出滤波电容 C1 向负载放电。

当 MOS 管 Q1 截止时，由于电感 L1 的电流不能在瞬间发生突变，因此在电感 L1 上产生反向电动势 Vs 以维持通过电流不变。此时二极管 D3 导通，3.3V 和 Vs 两电压串联后，以超过 3.3V 大小的电压向负载供电，并对输出滤波电容 C1 充电，如此循环，由此实现对 E_PREVGH 引脚的升压操作。

同样的，对于 E_PREVGL 引脚，

当 MOS 管 Q1 截止时，电容 C2 充电，二极管 D1 导通，D2 截止，电流经过 D1 流向 GND，理想情况下电容 C2 两端的电压差为 3.3V+Vs。

当 MOS 管 Q1 导通时，Q1 的漏极接近 0V，由于电容 C2 电压不能突变，可认为二极管 D2 的 K 极电势为-(3.3V+Vs)，电容 C2 放电，二极管 D1 截止，D2 导通，电流经过 D2 流向 C2，由此实现对 E_PREVGL 引脚负电压“升压”操作。

墨水屏的使用方法

墨水屏的操作流程整体也是比较简单的，大致流程如下。

注意：