单片机通过I²C实现OLED显示原理和实现方法

strongerHuang 2025-02-15 09:02 447浏览 0评论 0点赞

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直接来源 | 瑞萨嵌入式小百科

I²C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，常用于连接低速外设。

由于I²C在很多场景下都会使用，所以很多单片机内部都集成了I²C控制器，

通过I²C实现OLED显示，主要涉及硬件连接、通信协议和软件驱动。

下面就结合瑞萨 RA0E1单片机以及e2 studio工具给大家讲述一下通过I²C实现OLED显示原理和实现方法。

RA0E1单片机概述

32MHz Arm Cortex-M23内核
高达64KB闪存和12KB SRAM
1KB数据闪存（100,000次编程/擦除 (P/E) 周期）
16引脚和32引脚封装选项
1.6V至5.5V的宽电压范围
TAU（16位通用PWM定时器）
TML32（32位间隔定时器）
实时时钟
12位模数转换器
温度传感器
SAU（UART、简单SPI、简单 I²C）
UART
I²C总线
随机数发生器
安全功能
+-1%高精度、高速片上振荡器
灵活的电源架构，具有快速唤醒功能
HAL驱动器代码
支持Arm生态系统和瑞萨电子原创开发工具

背景

简单介绍IIC通信协议、OLED显示原理、SS1306驱动IC等。

IIC通信协议

IIC（Inter-Integrated Circuit）即集成电路总线。它是一种串行通信总线，使用多主从架构，如图所示。

关于IIC：

https://www.i2c-bus.org/

飞利浦Philips公司于二十世纪八十年代初设计，最初是为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备。

自2006年10月1日起，使用IIC协议不需要支付专利费，但制造商仍然需要付费以获取IIC从属设备地址。

IIC通信协议的功能特点如下

只需要两条总线线路
没有严格的波特率要求，例如使用RS232，主站生成总线时钟
所有组件之间存在简单的主/从关系连接到总线的每个设备都可通过唯一地址进行软件寻址
IIC是真正的多主总线，提供仲裁和冲突检测
https://www.i2c-bus.org/MultiMaster/

IIC使用两根线进行通信：一根时钟线SCL，一根数据线 SDA。

IIC将SCL处于高时SDA拉低的动作作为开始信号，SCL处于高时SDA拉高的动作作为结束信号；

传输数据时，SDA在SCL低电平时改变数据，在SCL高电平时保持数据，每个SCL脉冲的高电平传递1位数据。

7-bit设备的数据传输

软件模拟IIC一般是用GPIO管脚，软件控制管脚高低电平输出，以模拟IIC通信波形。
硬件IIC对应芯片上的IIC外设，有相应IIC驱动电路，其所使用的IIC管脚也是专用。

软硬件IIC对比

硬件IIC效率远高于软件IIC，软件IIC不受管脚限制，接口更灵活；
软件模拟IIC是通过GPIO软件模拟寄存器的工作方式，而硬件IIC是直接调用内部寄存器进行配置；
性能方面，硬件IIC由于由专门的硬件模块处理，减少了软件干预，因此具有更高的可靠性和稳定性；
硬件IIC模块可以在后台自动处理数据传输，释放CPU资源，因此CPU占用率更低；
软件IIC的代码量多于硬件IIC，相比之下更为复杂；
硬件IIC通常还支持更高的通信速率。

OLED显示原理

OLED（Organic Electroluminescence Display）即有机发光二极管。

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特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

0.96英寸OLED基本参数

工作电压：3.3~5V（内置3.3V LDO，IIC通信接口电平是3.3V的）
像素点阵规模：128*64（128列，64行，共8192颗LED）
驱动IC：SSD1306

OLED模块电路

SSD1306驱动电路

详见：oled i²c , SSD1306 Datasheet .

https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1179026/ETC2/SSD1306.html

方法说明

使用e² studio建立硬件IIC框架；
编译OLED相关主函数，特别是初始化、打开IIC、写入IIC等部分，或移植相关函数，并进行修改；
运行程序，构建项目，调试项目。

操作说明

新建项目；
引脚Pins定义；
新建Stacks - IIC master，并修改属性，定义地址0x3C；

移植并修改oled.c、oled.h、oledfont.h、bmp.h文件；
构建主函数hal_entry.c，调试项目。

系统框图

代码

主函数

hal_entry.c

左右滑动查看完整内容

while(1){        /*---------- Picture ------------*/        OLED_Clear();//clear screen        OLED_DrawBMP(0,0,128,8,BMP1);        R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);        /*----------- Text ------------*/        OLED_Clear();//clear screen        OLED_ShowString(0,0,"RA",16);        OLED_ShowCHinese(16,0,0);//生        OLED_ShowCHinese(32,0,1);//态        OLED_ShowCHinese(48,0,2);//工        OLED_ShowCHinese(64,0,3);//作        OLED_ShowCHinese(80,0,4);//室        OLED_ShowString(0,2,"2024.12.14",16);        OLED_ShowString(0,4,"Renesas RA0E1",16);        R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);}

oled.c

oled.h

oledfont.h

bmp.h

结果

如主代码所示，图片和文字交替显示。

左右滑动查看完整内容

while(1){        /*---------- Picture ------------*/        OLED_Clear();//clear screen        OLED_DrawBMP(0,0,128,8,BMP1);        R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);        /*----------- Text ------------*/        OLED_Clear();//clear screen        OLED_ShowString(0,0,"RA",16);        OLED_ShowCHinese(16,0,0);//生        OLED_ShowCHinese(32,0,1);//态        OLED_ShowCHinese(48,0,2);//工        OLED_ShowCHinese(64,0,3);//作        OLED_ShowCHinese(80,0,4);//室        OLED_ShowString(0,2,"2024.12.14",16);        OLED_ShowString(0,4,"Renesas RA0E1",16);        R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);}