嵌入式STM32深入之基于IIC和SPI协议的OLED显示
基于IIC和SPI协议的OLED显示
- 一、前言
- 二、SPI协议
-
- （一）SPI介绍
- （二）SPI优缺点
- （三）SPI通信过程
- 三、OLED介绍
- 四、STM32+OLED显示
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- 实验准备
- 1、显示自己的学号和姓名
-
- （1）汉字取模
- （2）提取显示字的数据
- （3）代码书写
- （4）效果展示
- 2、显示AHT20的温度和湿度
-
- （1）汉字取模
- （2）代码撰写
- （3）效果显示
- 3、上下或左右的滑动显示长字符(最好使用硬件刷屏模式)
-
- （1）滚屏设置
- （2）OLED显示函数test.c
- （3）主函数
- （4）效果演示
- 五、总结
- 六、参考
一、前言
结合上次实验，我们学习了定时器的相关操作，进行了定时器的通过定时器的方式实现时间的精准控制，定时完成了点灯和PWM脉冲调制，并且我们介绍深入的第一个实验就是使用外设（外部传感器）进行利用简单的温度传感器采集温度
接下来我们学习第二个实验，利用OLED显示屏进行显示。具体实现进行一下实验：
- 理解OLED屏显和汉字点阵编码原理，使用STM32F103的SPI或IIC接口实现以下功能：
- 显示自己的学号和姓名；
- 显示AHT20的温度和湿度；
- 上下或左右的滑动显示长字符，比如“Hello，欢迎来到物联网205实训室！”或者一段歌词或诗词(最好使用硬件刷屏模式)。
二、SPI协议
**SPI（Serial Peripheral interface）**是串行外围设备接口。串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时系统的更改和扩充极为容易。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，STM32 也有 SPI 接口。
常用的串行扩展总线有：I2C（Inter IC Bus)总线、单总线（1-WIRE BUS)、SPI（Serial Peripheral Interface）总线及Microwire/PLUS等。
（一）SPI介绍
SPI总线是微控制器四线的外部总线。SPI没有明文标准，是一种事实总线，对通信操作的实现由芯片厂商和驱动开发者通过data sheet和application notes沟通实现的细节。SPI是四根信号线协议，如下：
SCLK：Serial Clock(Output from master);
时钟信号，由主设备产生。
MOSI：Master Output Slave Input(Outpt from Master);
主设备数据输出，从设备数据输入。
MISO：Master Input Slave Output(Output from Slave);
主设备数据输入，从设备数据输出。
CS：Slave Select(Active low,Output from Master);
从设备片选信号，由主设备控制。
SPI 主要特点有：
可以同时发出和接收串行数据；可以当作主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。
SPI 总线四种工作方式 SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。
（二）SPI优缺点
优点
- 支持全双工，信号完整性好；
- 支持高速（100MHz以上）；
- 协议支持字长不限于8bits，可根据应用特点灵活选择消息字长，（高位先行还是低位先行，需要看外设芯片的手册，主要是保证两个 SPI通讯设备之间使用同样的协定）；
- 硬件连接简单；
缺点
- 相比IIC多两根线，有4根线；
- 没有寻址机制，只能靠片选选择不同设备。意思就是发送数据前，要先通过IO拉低设备片选信号，然后在发送数据，操作完成后将片选信号拉高；
- 没有从设备接受ACK，主设备对于发送成功与否不得而知；
- 典型应用只支持单主控；
- 相比RS232 RS485和CAN总线，SPI传输距离短，局限于PCB板子；
（三）SPI通信过程
这是一张野火STM32F103手册上的图片，我们参考这种图片来分析通信过程
(1) 拉低NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；（需要软件操作)
(2) 把要发送的数据写入到“数据寄存器 DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；（需要软件操作)
(3) 通讯开始，SCK 时钟开始运行。MOSI 把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；（我们不用管，单片机会自动帮我们完成！)
(4) 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；（需要软件操作，因为我们要做状态查询，通常是while死循环来保证数据被发送或接收)
(5) 等待到“TXE标志位”为1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE 标志位”为 1时，通过读取“数据寄存器 DR”可以获取接收缓冲区中的内容;
(6) 拉高 NSS信号线，产生结束信号（需要软件操作)
三、OLED介绍
OLED即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display， OELD）。OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。
LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED 效果要来得好一些。以目前的技术，OLED 的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。
我们使用的是 ALINETEK 的 OLED 显示模块，该模块有以下特点：
1）模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。
2）尺寸小，显示尺寸为 0.96 寸，而模块的尺寸仅为 27mmx26mm 大小。
3）高分辨率，该模块的分辨率为128x64。
4）多种接口方式，该模块提供了总共 5 种接口包括：6800、8080 两种并行接口方式、3线或 4 线的穿行 SPI 接口方式、IIC 接口方式（只需要 2 根线就可以控制 OLED 了）。
5）不需要高压，直接接 3.3V 就可以工作了。
注意该模块不和 5.0V 接口兼容，所以在使用的时候一定要小心，勿直接接到 5V 的系统上去，否则可能烧坏模块。
OLED与STM32连接
如图：
四、STM32+OLED显示
实验准备
- OLED屏幕
- STM32F103
- USB转接口
- 面包板、杜邦线等
- 汉字转软件（也可以使用编程自己实现）
软件地址：
1、显示自己的学号和姓名
（1）汉字取模
这里会用到汉字取模（网站）：
- https://www.23bei.com/tool/216.html
也可以自己去我的网盘下载链接：https://pan.baidu.com/s/19ZSU-jMOTKi5sTwqc5WLnQ?pwd=w666
提取码：w666
打开我提供的安装包，点击运行程序：
我们这里要取得16*16的矩阵：
对于 1616 的矩阵来说，它所需要的位数共是 1616＝256 个位，每个字为 8 位，因此，每个汉字都需要用 256/8=32 个字节来表示。
每两个字节代表一行的 16 个点，共需要 16 行，显示汉字时，只需一次性读取 32 个字节，并将每两个字节为一行打印出来，即可形成一个汉字。
这里1)是软件的设置，我们下一步详细介绍该点，2）是输入框我们要提取汉字的模就是输入在这里，3）点击即可生成在4）框里面。
点击设置：我们需要16*16的表示汉字（按照下图修改设置，并且确定保存）
（2）提取显示字的数据
将数据复制出来
,0x00,0x04,0x7F,0x04,0x41,0x04,0x41,0x24,0x65,0x24,0x55,0x24,0x55,0x24,0x49,0x24,
,0x49,0x24,0x55,0x24,0x55,0x24,0x65,0x24,0x41,0x04,0x41,0x04,0x45,0x14,0x42,0x08,/*"刚",0*/
,0x00,0x00,0x7F,0xF8,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x40,0x01,0x80,0x01,0x00,0xFF,0xFE,
,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x01,0x00,0x05,0x00,0x02,0x00,/*"子",1*/
我们在每一个子的前面加上这个字的注释就好了，如图：
（3）代码书写
内容显示 TEST_MainPage函数->test.c文件
void TEST_MainPage(void)
{
GUI_ShowString(28,0,"HG",16,1);//英文姓名
GUI_ShowCHinese(28,20,16,"刚子",1);//中文姓名
GUI_ShowString(4,48,"632007030126",16,1);//数字详细
delay_ms(1500);
delay_ms(1500);
}
主函数->main.c文件
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
OLED_Init(); //初始化OLED
OLED_Clear(0); //清屏（全黑）
while(1)
{
TEST_MainPage(); //界面显示
}
}
文字存储（举例）->oledfont.h文件
例子：
const typFNT_GB16 cfont16[] =
{
"设",0x00,0x00,0x21,0xF0,0x11,0x10,0x11,0x10,0x01,0x10,0x02,0x0E,0xF4,0x00,0x13,0xF8,
0x11,0x08,0x11,0x10,0x10,0x90,0x14,0xA0,0x18,0x40,0x10,0xA0,0x03,0x18,0x0C,0x06,/*"设",2*/
"置",0x7F,0xFC,0x44,0x44,0x7F,0xFC,0x01,0x00,0x7F,0xFC,0x01,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,
0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0xFF,0xFE,0x00,0x00,/*"置",3*/
"音",0x02,0x00,0x01,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x08,0x20,0x04,0x40,0xFF,0xFE,0x00,0x00,
0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,/*"音",4*/
"量",0x00,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0xFF,0xFE,0x00,0x00,0x1F,0xF0,
0x11,0x10,0x1F,0xF0,0x11,0x10,0x1F,0xF0,0x01,0x00,0x1F,0xF0,0x01,0x00,0x7F,0xFC,/*"量",5*/
"颜",0x10,0x00,0x08,0xFE,0x7F,0x10,0x22,0x20,0x14,0x7C,0x7F,0x44,0x44,0x54,0x48,0x54,
0x52,0x54,0x44,0x54,0x48,0x54,0x51,0x54,0x42,0x28,0x44,0x24,0x88,0x42,0x30,0x82,/*"颜",6*/
"色",0x08,0x00,0x08,0x00,0x1F,0xE0,0x20,0x20,0x40,0x40,0xBF,0xF8,0x21,0x08,0x21,0x08,
0x21,0x08,0x3F,0xF8,0x20,0x00,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x1F,0xFE,0x00,0x00,/*"色",7*/
"网",0x00,0x00,0x7F,0xFC,0x40,0x04,0x40,0x04,0x42,0x14,0x52,0x94,0x4A,0x54,0x44,0x24,
0x44,0x24,0x4A,0x54,0x4A,0x54,0x52,0x94,0x61,0x04,0x40,0x04,0x40,0x14,0x40,0x08,/*"网",8*/
"络",0x10,0x80,0x10,0x80,0x20,0xF8,0x21,0x08,0x4B,0x10,0xFC,0xA0,0x10,0x40,0x20,0xA0,
0x41,0x18,0xFA,0x06,0x45,0xF8,0x01,0x08,0x19,0x08,0xE1,0x08,0x41,0xF8,0x01,0x08,/*"络",9*/
};
（4）效果展示
2、显示AHT20的温度和湿度
（1）汉字取模
与之前的相同，这里也是先对汉字取模，主要就是：
“温”、“度”、“湿”、“显”，“示”
具体数据：
"温",0x00,0x00,0x23,0xF8,0x12,0x08,0x12,0x08,0x83,0xF8,0x42,0x08,0x42,0x08,0x13,0xF8,
0x10,0x00,0x27,0xFC,0xE4,0xA4,0x24,0xA4,0x24,0xA4,0x24,0xA4,0x2F,0xFE,0x00,0x00,/*"温",0*/
"度",0x01,0x00,0x00,0x80,0x3F,0xFE,0x22,0x20,0x22,0x20,0x3F,0xFC,0x22,0x20,0x22,0x20,
0x23,0xE0,0x20,0x00,0x2F,0xF0,0x24,0x10,0x42,0x20,0x41,0xC0,0x86,0x30,0x38,0x0E,/*"度",0*/
"湿",0x00,0x00,0x27,0xF8,0x14,0x08,0x14,0x08,0x87,0xF8,0x44,0x08,0x44,0x08,0x17,0xF8,
0x11,0x20,0x21,0x20,0xE9,0x24,0x25,0x28,0x23,0x30,0x21,0x20,0x2F,0xFE,0x00,0x00,/*"湿",0*/
"显",0x00,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,
0x04,0x40,0x44,0x44,0x24,0x44,0x14,0x48,0x14,0x50,0x04,0x40,0xFF,0xFE,0x00,0x00,/*"显",0*/
"示",0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,
0x01,0x00,0x11,0x10,0x11,0x08,0x21,0x04,0x41,0x02,0x81,0x02,0x05,0x00,0x02,0x00,/*"示",0*/
（2）代码撰写
温湿度显示read_AHT20函数->bsp_i2c.c文件
void read_AHT20(void)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<6; i++)
{
readByte[i]=0;
}
//-------------
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x71);
ack_status = Receive_ACK();
readByte[0]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[1]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[2]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[3]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[4]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[5]= I2C_ReadByte();
SendNot_Ack();
//Send_ACK();
I2C_Stop();
//--------------
if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
{
H1 = readByte[1];
H1 = (H1<<8) | readByte[2];
H1 = (H1<<8) | readByte[3];
H1 = H1>>4;
H1 = (H1*1000)/1024/1024;
T1 = readByte[3];
T1 = T1 & 0x0000000F;
T1 = (T1<<8) | readByte[4];
T1 = (T1<<8) | readByte[5];
T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;
AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;
AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
}
else
{
AHT20_OutData[0] = 0xFF;
AHT20_OutData[1] = 0xFF;
AHT20_OutData[2] = 0xFF;
AHT20_OutData[3] = 0xFF;
printf("lyy");
}
/*通过串口显示采集得到的温湿度
printf("\r\n");
printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");*/
t=T1/10;
t1=T1%10;
a=(float)(t+t1*0.1);
h=H1/10;
h1=H1%10;
b=(float)(h+h1*0.1);
sprintf(strTemp,"%.1f",a); //调用Sprintf函数把DHT11的温度数据格式化到字符串数组变量strTemp中
sprintf(strHumi,"%.1f",b); //调用Sprintf函数把DHT11的湿度数据格式化到字符串数组变量strHumi中
GUI_ShowCHinese(16,00,16,"温湿度显示",1);
GUI_ShowCHinese(16,20,16,"温度",1);
GUI_ShowString(53,20,strTemp,16,1);
GUI_ShowCHinese(16,38,16,"湿度",1);
GUI_ShowString(53,38,strHumi,16,1);
delay_ms(1500);
delay_ms(1500);
}
主函数main.c
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "bsp_i2c.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "gui.h"
#include "test.h"
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(115200);
IIC_Init();
NVIC_Configuration(); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
OLED_Init(); //初始化OLED
OLED_Clear(0);
while(1)
{
//printf("温度湿度显示");
read_AHT20_once();
OLED_Clear(0);
delay_ms(1500);
}
}
（3）效果显示
此时是刷屏的换屏
3、上下或左右的滑动显示长字符(最好使用硬件刷屏模式)
与之前基本一样，就是在显示上不同，依然依次汉字取模，然后在添加文字字模代码->oledfont.h文件
（1）滚屏设置
水平左右移动
OLED_WR_Byte(0x2E,OLED_CMD); //关闭滚动
OLED_WR_Byte(0x26,OLED_CMD); //水平向左或者右滚动 26/27
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //虚拟字节
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //起始页 0
OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //滚动时间间隔
OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //终止页 7
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //虚拟字节
OLED_WR_Byte(0xFF,OLED_CMD); //虚拟字节
OLED_WR_Byte(0x2F,OLED_CMD); //开启滚动
（2）OLED显示函数test.c
void TEST_MainPage(void)
{
GUI_ShowCHinese(10,20,16,"一切都是最好的安排",1);
delay_ms(1500);
delay_ms(1500);
}
（3）主函数
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "gui.h"
#include "test.h"
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_Configuration(); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
OLED_Init(); //初始化OLED
OLED_Clear(0); //清屏（全黑）
OLED_WR_Byte(0x2E,OLED_CMD); //关闭滚动
OLED_WR_Byte(0x27,OLED_CMD); //水平向左或者右滚动 26/27
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //虚拟字节
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //起始页 0
OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //滚动时间间隔
OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //终止页 7
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //虚拟字节
OLED_WR_Byte(0xFF,OLED_CMD); //虚拟字节
TEST_MainPage();
OLED_WR_Byte(0x2F,OLED_CMD); //开启滚动
}
（4）效果演示
五、总结
OLED是一个比较有意思的外设，在之后完成更多硬件项目时，可以利用OLED进行调试显示，帮助会很大，所以要好好掌握OLED的使用，多加练习，受益匪浅。
通过三个实验基本熟练了STM32+OLED的操作显示，代码和管脚配置没有问题的情况下，完成三个应用并不困难。
注意OLED显示时要对字长进行设置，否则无法完全显示出来。字模取模时，注意横向取模、纵向取模、倒序的差别，否则会得到一片模糊的点点，而不是正常清晰的汉字。作者在汉字取模这里吃了很大的亏，推荐大家两到三个字这样取模，不然就会运行一下反应过来30+的错误，但是你觉得自己思路没有什么问题。
六、参考
- https://blog.csdn.net/u010632165/article/details/109460814
- https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121439142
- https://blog.csdn.net/zcc_123/article/details/113446933