基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示
文章目录
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- 1. 学习I2C总线通信协议，使用STM32F103完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集，并将采集的温度-湿度值通过串口输出。具体任务：
- 2. 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：
- 总结
- 参考链接
1. 学习I2C总线通信协议，使用STM32F103完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集，并将采集的温度-湿度值通过串口输出。具体任务：
1）解释什么是“软件I2C”和“硬件I2C”？ （阅读野火配套教材的第23章“I2C–读写EEPROM”原理章节）
1、软件I2C：使用 CPU 内核按照 I2C 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，模拟I2C。
在控制产生 I2C 的起始信号时，控制作为 SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，控制作为 SDA 线的 GPIO 引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，再控制SCL 线切换为低电平，就输出了一个标准的 I2C 起始信号。
2、硬件I2C：利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。
配置好对应的寄存器，外设会产生标准串口协议的时序。在初始化好 I2C 外设后，只需要把某寄存器位置 1，此时外设就会控制对应的 SCL 及 SDA 线自动产生 I2C 起始信号，不需要内核直接控制引脚的电平。
2）阅读AHT20数据手册，编程实现：每隔2秒钟采集一次温湿度数据，并通过串口发送到上位机（win10）。
代码：
main.c
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "bsp_i2c.h"
int main(void)
{
delay_init(); //?¨®¨º¡Ào¡¥¨ºy3?¨º??¡¥
uart_init(115200); //¡ä??¨²3?¨º??¡¥?a115200
IIC_Init();
while(1)
{
printf("温度湿度显示");
read_AHT20_once();
delay_ms(1500);
}
}
bsp_i2c.h
#ifndef __BSP_I2C_H
#define __BSP_I2C_H
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
#define IIC_SCL PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA PBout(7) //SDA
#define READ_SDA PBin(7)
void IIC_Init(void);
void IIC_Start(void);
void IIC_Stop(void);
void IIC_Send_Byte(u8 txd);
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);
u8 IIC_Wait_Ack(void);
void IIC_Ack(void);
void IIC_NAck(void);
void IIC_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr);
uint16_t IIC_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead);
void read_AHT20_once(void);
void reset_AHT20(void);
void init_AHT20(void);
void startMeasure_AHT20(void);
void read_AHT20(void);
uint8_t Receive_ACK(void);
void Send_ACK(void);
void SendNot_Ack(void);
void I2C_WriteByte(uint8_t input);
uint8_t I2C_ReadByte(void);
void set_AHT20sendOutData(void);
void I2C_Start(void);
void I2C_Stop(void);
#endif
bsp_i2h.c
#include "bsp_i2c.h"
#include "delay.h"
uint8_t ack_status=0;
uint8_t readByte[6];
uint8_t AHT20_status=0;
uint32_t H1=0; //Humility
uint32_t T1=0; //Temperature
uint8_t AHT20_OutData[4];
uint8_t AHT20sendOutData[10] = {0xFA, 0x06, 0x0A, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF};
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;
}
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0;
delay_us(4);
IIC_SCL=0;
}
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;
delay_us(4);
}
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN();
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;
return 0;
}
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();
else
IIC_Ack();
return receive;
}
void IIC_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr)
{
IIC_Start();
if(device_addr==0xA0) /
IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
else
IIC_Send_Byte(device_addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr&0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(data);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
if(device_addr==0xA0) //
delay_ms(10);
else
delay_us(2);
}
uint16_t IIC_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead)
{
uint16_t data;
IIC_Start();
if(device_addr==0xA0)
IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
else
IIC_Send_Byte(device_addr);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(addr&0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(device_addr+1);
IIC_Wait_Ack();
if(ByteNumToRead == 1)
{
data=IIC_Read_Byte(0);
}
else
{
data=IIC_Read_Byte(1);
data=(data<<8)+IIC_Read_Byte(0);
}
IIC_Stop();
return data;
}
void read_AHT20_once(void)
{
delay_ms(10);
reset_AHT20();
delay_ms(10);
init_AHT20();
delay_ms(10);
startMeasure_AHT20();
delay_ms(80);
read_AHT20();
delay_ms(5);
}
void reset_AHT20(void)
{
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x70);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0xBA);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_Stop();
}
void init_AHT20(void)
{
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x70);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0xE1);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0x08);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0x00);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_Stop();
}
void startMeasure_AHT20(void)
{
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0x70);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0xAC);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0x33);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_WriteByte(0x00);
ack_status = Receive_ACK();
I2C_Stop();
}
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();
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("\r\n");
printf("ζÈ:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("ʪ¶È:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");
}
uint8_t Receive_ACK(void)
{
uint8_t result=0;
uint8_t cnt=0;
IIC_SCL = 0;
SDA_IN();
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
while(READ_SDA && (cnt<100))
{
cnt++;
}
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
if(cnt<100)
{
result=1;
}
return result;
}
void Send_ACK(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
SDA_IN();
}
void SendNot_Ack(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
}
void I2C_WriteByte(uint8_t input)
{
uint8_t i;
SDA_OUT();
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SCL = 0;
delay_ms(5);
if(input & 0x80)
{
IIC_SDA = 1;
//delaymm(10);
}
else
{
IIC_SDA = 0;
//delaymm(10);
}
IIC_SCL = 1;
delay_ms(5);
input = (input<<1);
}
IIC_SCL = 0;
delay_us(4);
SDA_IN();
delay_us(4);
}
uint8_t I2C_ReadByte(void)
{
uint8_t resultByte=0;
uint8_t i=0, a=0;
IIC_SCL = 0;
SDA_IN();
delay_ms(4);
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SCL = 1;
delay_ms(3);
a=0;
if(READ_SDA)
{
a=1;
}
else
{
a=0;
}
//resultByte = resultByte | a;
resultByte = (resultByte << 1) | a;
IIC_SCL = 0;
delay_ms(3);
}
SDA_IN();
delay_ms(10);
return resultByte;
}
void set_AHT20sendOutData(void)
{
/* --------------------------
* 0xFA 0x06 0x0A temperature(2 Bytes) humility(2Bytes) short Address(2 Bytes)
* And Check (1 byte)
* -------------------------*/
AHT20sendOutData[3] = AHT20_OutData[0];
AHT20sendOutData[4] = AHT20_OutData[1];
AHT20sendOutData[5] = AHT20_OutData[2];
AHT20sendOutData[6] = AHT20_OutData[3];
// AHT20sendOutData[7] = (drf1609.shortAddress >> 8) & 0x00FF;
// AHT20sendOutData[8] = drf1609.shortAddress & 0x00FF;
// AHT20sendOutData[9] = getXY(AHT20sendOutData,10);
}
void I2C_Start(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SCL = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 0;
delay_ms(4);
IIC_SCL = 0;
delay_ms(4);
}
void I2C_Stop(void)
{
SDA_OUT();
IIC_SDA = 0;
delay_ms(4);
IIC_SCL = 1;
delay_ms(4);
IIC_SDA = 1;
delay_ms(4);
}
采用软件I2C，这里GPIO口设置为PB6和PB7。SCL连接PB6，SDA连接PB7。
判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08时芯片读取流程中规定的，读取没有问题就对处理读到的数据。if((readByte[0] & 0x68)==0x08)
AHT20芯片读取数据 read_AHT20函数 void read_AHT20(void)
开始测试AHT20,void startMeasure_AHT20(void).
初始化AHT20,void init_AHT20(void)
重置AHT20,void reset_AHT20(void).
编译无误：
烧录运行结果：
AHT20与STM32电路连接：
SCL----------PB6。SDA-------PB7。VCC--------5V。
di8zhou 1
2. 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：
1) 显示自己的学号和姓名；
代码
修改test.c.
输入中文可能时乱码，解决办法：打开keil—Edit----Configuration-------Encoding。
学号和名字自己定。
由字模软件生成字模。设置字模选项，点击确定。如图：
复制，加入到保存字模的文件中。保存。
编译无误。
线路连接：
OLED ————————stm32
GND--------------------GUN
VCC--------------------5V
D1----------------------PB15.
RES-------------------PB12.
DC---------------------PB10.
CS———————PB11.
烧录，运行结果：
2) 显示AHT20的温度和湿度；
代码
烧录，运行结果：
di8zhou 2
3) 上下或左右的滑动显示长字符,一段歌词或诗词(最好使用硬件刷屏模式)。
这一步和1）显示自己的学号和姓名差不多。加入字模，再加入上下或左右滚动显示的代码即可。
代码
修改test.c
生成字模，保存。
加入滚动的代码：
编译无误
烧录，运行结果：
di8zhou 3
总结
经过本次实验，学习了I2C总线通信协议，软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活，加深了自己对通信的理解，初步理解了OLED屏显示和汉字点阵编码原理，把汉字看成由一个一个的显示点通过OLED屏上的点显示出来。
参考链接
https://blog.csdn.net/zxp_124/article/details/121473998?spm=1001.2014.3001.5501
https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121439142?spm=1001.2014.3001.5501
https://blog.csdn.net/qq_60678931/article/details/121410035?spm=1001.2014.3001.5502
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111414037