stm32|基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示单片机|c语言

基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示
基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示

- 基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示
一、题目内容
二、I2C总线通信协议
- 1、介绍
- 2、I2C物理层
- 3、I2C协议层
- 4、STM32 的 I2C 外设简介
三、STM32通过I2C接口实现温湿度（AHT20）的采集
- 1、代码
- 2、实验结果
四、SPI以及OLED
- 1、SPI以及OLED介绍
- 2、SPI
- 3、OLED
五、STM32和OLED显示任务
- 1、STM32和OLED显示学号及姓名
- - （一）代码
  - （二）实验结果
- 2、STM32和OLED显示AHT20的温湿度
- - （一）代码
  - （二）实验结果
- 3、STM32和OLED滑动显示长字符
- - （一）代码
  - （二）实验结果
六、实验总结
七、参考资料

一、题目内容

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）
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）。

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，欢迎来到重庆交通大学物联网205实训室！”或者一段歌词或诗词(最好使用硬件刷屏模式)。

二、I2C总线通信协议 1、介绍 I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
2、I2C物理层 I2C 通讯设备之间的常用连接方式：

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物理层的特点：
(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线(SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
(3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
(4) 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
(5) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
(6) 具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
(7) 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制。
3、I2C协议层 I2C 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
I2C 通讯过程的基本结构：

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通讯的起始和停止信号：

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数据有效性：

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每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。
地址及数据方向：

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响应：

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4、STM32 的 I2C 外设简介 STM32 的 I2C 外设可用作通讯的主机及从机，支持 100Kbit/s 和 400Kbit/s 的速率，支持 7 位、10 位设备地址，支持 DMA 数据传输，并具有数据校验功能。

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三、STM32通过I2C接口实现温湿度（AHT20）的采集实验需要：温湿度传感器AHT20、串口调试助手
1、代码 main.c

#include "delay.h" #include "usart.h" #include "bsp_i2c.h"int main(void) { delay_init(); uart_init(115200); //串口通信波特率115200 IIC_Init(); while(1) { printf("温度湿度显示"); read_AHT20_once(); delay_ms(1500); } }

模块读取函数

voidread_AHT20_once(void) { delay_ms(10); reset_AHT20(); //重置AHT20芯片 delay_ms(10); init_AHT20(); //初始化AHT20芯片 delay_ms(10); startMeasure_AHT20(); //开始测试AHT20芯片 delay_ms(80); read_AHT20(); //读取AHT20采集的到的数据 delay_ms(5); }

AHT20芯片读取数据 read_AHT20函数

void read_AHT20(void) { uint8_ti; for(i=0; i<6; i++) { readByte[i]=0; } I2C_Start(); //I2C启动 I2C_WriteByte(0x71); //I2C写数据 ack_status = Receive_ACK(); //收到的应答信息 readByte[0]= I2C_ReadByte(); //I2C读取数据 Send_ACK(); //发送应答信息 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(); //I2C停止函数 //判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08是该芯片读取流程中规定的，如果读取过程没有问题，就对读到的数据进行相应的处理 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("读取失败！！！"); } printf("\r\n"); //根据AHT20芯片中，温度和湿度的计算公式，得到最终的结果，通过串口显示 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"); }

2、实验结果

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成功编译，烧录。
程序采用的软件I2C实现，GPIO引脚PB6，PB7。
线路连接：SCL连接PB6，SDA连接PB7。
实验效果：

我们向芯片呼出一口气，我们可以很明显发现温湿度改变：

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四、SPI以及OLED 1、SPI以及OLED介绍 SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。
OLED（OrganicLight-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导体（OrganicElectroluminesence Display，OLED）。OLED属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。
2、SPI SPI 物理层：

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协议层：与 I2C 的类似，SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。
SPI 基本通讯过程：

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通讯的起始和停止信号：NSS 是每个
从机各自独占的信号线，当从机在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。在图中的标号?处，NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

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STM32 的 SPI 架构剖析：

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通讯过程：
STM32 使用 SPI 外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器 SR”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

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3、OLED 针SPI通信OLED和4针I2C通信OLED:
七针

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四针

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点阵编码原理与显示：
汉字点阵编码
在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有点，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字，常用的点阵矩阵有 1212, 1414, 16*16 三种字库。
字库根据字节所表示点的不同有分为横向矩阵和纵向矩阵，目前多数的字库都是横向矩阵的存储方式(用得最多的应该是早期 UCDOS 字库)，纵向矩阵一般是因为有某些液晶是采用纵向扫描显示法，为了提高显示速度，于是便把字库矩阵做成纵向，省得在显示时还要做矩阵转换。
OLED点阵显示
点阵屏像素按128列X64行组织，每一行128个像素单元的阴极是连接在一起，作为公共极（COM），每一列64个像素单元的阳极也连接在一起，作为一段（SEG）。行列交叉点上的LED就是一个显示单元，即一个像素。要点亮一个像素，只要在该像素所在列电极上加上正电压、行电极接地。同样，要驱动一整行图像，就需要同时把128列信号加载到列电极上，把该行行电极接地。该行显示时，其他63行均不能显示，其行电极应为高电平或悬空。
可见，整屏的显示，只能分时扫描进行，一行一行的显示，每次显示一行。行驱依次产生低电平扫描各行，列驱动读取显示数据依次加载到列电极上。扫描一行的时间称为行周期，完成一次全屏扫描，就叫做一帧。一般帧频大于60，人眼观察不到逐行显示。每行扫描显示用时叫占空比，占空比小，为达到相同的显示亮度，驱动电流就大。SSD1306段驱动最大电流为100uA，当整行128个像素全部点亮时，行电极就要流过12.8mA的电流。
五、STM32和OLED显示任务 1、STM32和OLED显示学号及姓名汉字点阵取模

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生成字模

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（一）代码
内容显示 TEST_MainPage函数->test.c文件

void TEST_MainPage(void) { GUI_ShowString(28,0,"lyw",16,1); //英文姓名 GUI_ShowCHinese(28,20,16,"刘亚文",1); //中文姓名 //GUI_ShowString(40,32,"64X128",16,1); GUI_ShowString(4,48,"631907030416",16,1); //GUI_ShowString(4,48,"www.lcdwiki.com",16,1); delay_ms(1500); delay_ms(1500); }

文字存储（举例）->oledfont.h文件

const typFNT_GB16 cfont16[] = { "系",0x00,0xF8,0x3F,0x00,0x04,0x00,0x08,0x20,0x10,0x40,0x3F,0x80,0x01,0x00,0x06,0x10, 0x18,0x08,0x7F,0xFC,0x01,0x04,0x09,0x20,0x11,0x10,0x21,0x08,0x45,0x04,0x02,0x00,/*"系",0*/ "统",0x10,0x40,0x10,0x20,0x20,0x20,0x23,0xFE,0x48,0x40,0xF8,0x88,0x11,0x04,0x23,0xFE, 0x40,0x92,0xF8,0x90,0x40,0x90,0x00,0x90,0x19,0x12,0xE1,0x12,0x42,0x0E,0x04,0x00,/*"统",1*/ "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*/ };

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main.c

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 } }

（二）实验结果
编译成功

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烧录

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结果展示：

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2、STM32和OLED显示AHT20的温湿度（一）代码
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); } }

主要是将温度采集通过串口发到OLED屏。
编译成功

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（二）实验结果

由于没有传感器，导致温湿度显示为0.
3、STM32和OLED滑动显示长字符取点阵

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（一）代码
main.c

#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 while(1) { } }

编译成功

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烧录

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（二）实验结果

由于某些未知原因只显示一半的字。
六、实验总结这次实验收获还是挺大的，学到了很多新的东西，但是在字符滚动的这部分，不知道哪里遇见了问题导致字符只是显示一半的的字体，这个问题还需要我后续去思考，然后去解决，前面的实验也还是遇到了很多的问题但是由大佬的博客，以及同学的帮助得到了解决，总之这次实验还是收获挺大的。
七、参考资料 【stm32|基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示】https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111597278
https://blog.csdn.net/qq_45237293/article/details/111712565
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111414037