[MCU] 【国民技术低功耗系列N32L43x测评】08.软硬件I2C驱动1.5寸16色灰度OLED显示

xld0932 2022-7-29 15:07 楼主

概述

国民N32L43x系列MCU带有2路硬件I2C接口，它提供多主机功能，控制所有I2C总线特定的时序、协议、仲裁和定时。支持多种通信模式（最高支持1MHz），支持DMA操作，同时与SMBus2.0兼容。主要功能描述如下：

多主机功能：该模块既可做主设备也可做从设备；

I2C主设备功能；
产生时钟；
产生起始和停止信号；
I2C从设备功能
可编程的地址检测；
I2C接口支持7位或10位寻址，7位从模式时支持双从地址响应能力；
停止位检测；
产生和检测7位/10位地址和广播呼叫；
支持不同的通讯速度；

标准速度(高达100 kHz)；
快速(高达400 kHz)；
快速+（高达1MHz）；

状态标志：

发送器/接收器模式标志；
字节发送结束标志；
I2C总线忙标志；

错误标志：

主模式时的仲裁丢失；
地址/数据传输后的应答(ACK)错误；
检测到错误的起始或停止条件；
禁止拉长时钟功能时的上溢或下溢；

2个中断向量：

1个中断用于地址/数据通讯成功；
1个中断用于错误；

可选的拉长时钟功能
单字节缓冲器的DMA；
可配置的PEC(信息包错误检测)的产生或校验
发送模式中PEC值可以作为最后一个字节传输
用于最后一个接收字节的PEC错误校验
兼容SMBus 2.0

25 ms时钟低超时延时
10 ms主设备累积时钟低扩展时间
25 ms从设备累积时钟低扩展时间
带ACK控制的硬件PEC产生/校验
支持地址分辨协议(ARP)

兼容SMBus

16灰OLED

一般OLED都是单色显示的，一个0.96寸128*64像素的OLED，一个像素只需要1位来表示，其显存也就1024字节，能过I2C的400kbps的通讯速率很容易就达到流畅的效果；但对于16灰的OLED来说，一个像素需要有4位来表示，本文中用到的1.5寸16灰OLED其像素达到128*128，这样显存就需要8KB的空间，如果还使用400kbps的速率来刷新显示的话，就会明显感觉到卡顿/不流畅。正好国民N32L43x系列MCU的硬件I2C支持快速+模式，通讯速率可以达到1MHz，完全满足这款OLED的显示刷新需求。

代码实现

/* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#define __OLED_C__


/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "OLED.h"


#if ENABLE_OLED


/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/


/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define sI2C_SCL_PORT  GPIOB
#define sI2C_SCL_PIN   GPIO_PIN_8

#define sI2C_SDA_PORT  GPIOB
#define sI2C_SDA_PIN   GPIO_PIN_9


/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/


/* Exported variables --------------------------------------------------------*/
/* Exported function prototypes ----------------------------------------------*/


/*******************************************************************************
 * [url=home.php?mod=space&uid=159083]@brief[/url] * @param       
 * @retval      
 * [url=home.php?mod=space&uid=1020061]@attention[/url] *******************************************************************************/
void sI2C_Delay(uint32_t t)
{
    while(t--);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_Init(void)
{
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;

    RCC_EnableAPB2PeriphClk(RCC_APB2_PERIPH_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStruct(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin            = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Current   = GPIO_DC_12mA;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Slew_Rate = GPIO_Slew_Rate_High;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode      = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull      = GPIO_Pull_Up;	  
    GPIO_InitPeripheral(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_SDA_IN(void)
{
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStruct(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin            = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Current   = GPIO_DC_12mA;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Slew_Rate = GPIO_Slew_Rate_High;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode      = GPIO_Mode_Input;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull      = GPIO_Pull_Up;	  
    GPIO_InitPeripheral(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_SDA_OUT(void)
{
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStruct(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin            = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Current   = GPIO_DC_12mA;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Slew_Rate = GPIO_Slew_Rate_High;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode      = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull      = GPIO_Pull_Up;	  
    GPIO_InitPeripheral(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_START(void)
{
    sI2C_SDA_OUT();
    GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(10);
    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(10);
    GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_RESET);  sI2C_Delay(10);
    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_RESET);  sI2C_Delay(10);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_STOP(void)
{
    sI2C_SDA_OUT();
    GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_RESET);  sI2C_Delay(10);
    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(10);
    GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(10);
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
uint8_t sI2C_WaitACK(void)
{
    uint32_t Timeout = 0;

    GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_SET);    /* 释放总线 */

    sI2C_SDA_IN();
    sI2C_Delay(5);

    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(5);

    while(GPIO_ReadInputDataBit(sI2C_SDA_PORT,sI2C_SDA_PIN))
    {
        if(Timeout++ > 250)
        {
            sI2C_STOP(); return 1;
        }
    }

    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_RESET);  sI2C_Delay(5);

    return 0;
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void sI2C_SendData(uint8_t Data)
{
    sI2C_SDA_OUT();
    GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_RESET);

    for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        if(Data & (0x80 >> i))
        {
            GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT, sI2C_SDA_PIN, Bit_SET);
        }
        else
        {
            GPIO_WriteBit(sI2C_SDA_PORT,sI2C_SDA_PIN, Bit_RESET);
        }

        sI2C_Delay(5);

        GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_SET);    sI2C_Delay(5);
        GPIO_WriteBit(sI2C_SCL_PORT, sI2C_SCL_PIN, Bit_RESET);  sI2C_Delay(5);
    }
}


#define USE_H_I2C   0


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_InitI2C(void)
{
#if USE_H_I2C
    GPIO_InitType GPIO_InitStructure;
    I2C_InitType  I2C1_InitStructure;

    RCC_EnableAPB1PeriphClk(RCC_APB1_PERIPH_I2C1,  ENABLE);

    I2C_DeInit(I2C1);

    RCC_EnableAPB2PeriphClk(RCC_APB2_PERIPH_GPIOB | RCC_APB2_PERIPH_AFIO,  ENABLE);

    /*PB8 -- SCL; PB9 -- SDA*/
    GPIO_InitStruct(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin            = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Slew_Rate = GPIO_Slew_Rate_High;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pull      = GPIO_Pull_Up;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode      = GPIO_Mode_AF_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Alternate = GPIO_AF4_I2C1;
    GPIO_InitPeripheral(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    I2C_InitStruct(&I2C1_InitStructure);
    I2C1_InitStructure.ClkSpeed    = 100000;
    I2C1_InitStructure.BusMode     = I2C_BUSMODE_I2C;
    I2C1_InitStructure.FmDutyCycle = I2C_FMDUTYCYCLE_2;
    I2C1_InitStructure.OwnAddr1    = 0xFF;
    I2C1_InitStructure.AckEnable   = I2C_ACKEN;
    I2C1_InitStructure.AddrMode    = I2C_ADDR_MODE_7BIT;
    I2C_Init(I2C1, &I2C1_InitStructure);

    I2C_Enable(I2C1, ENABLE);
#else
    sI2C_Init();
#endif
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_WriteCMD(uint8_t Data)
{
#if USE_H_I2C
    while(I2C_GetFlag(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    I2C_GenerateStart(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_MODE_FLAG));

    I2C_SendAddr7bit(I2C1, 0x78, I2C_DIRECTION_SEND);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_TXMODE_FLAG));

    I2C_SendData(I2C1, 0x00);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

    I2C_SendData(I2C1, Data);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

    I2C_GenerateStop(I2C1, ENABLE);
#else
	sI2C_START();

	sI2C_SendData(0x78);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_SendData(0x00);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_SendData(Data);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_STOP();
#endif
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_WriteDAT(uint8_t Data)
{
#if USE_H_I2C
    while(I2C_GetFlag(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    I2C_GenerateStart(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_MODE_FLAG));

    I2C_SendAddr7bit(I2C1, 0x78, I2C_DIRECTION_SEND);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_TXMODE_FLAG));

    I2C_SendData(I2C1, 0x40);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

    I2C_SendData(I2C1, Data);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

    I2C_GenerateStop(I2C1, ENABLE);
#else
	sI2C_START();

	sI2C_SendData(0x78);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_SendData(0x40);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_SendData(Data);
	sI2C_WaitACK();

	sI2C_STOP();
#endif
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_WriteBuffer(const uint8_t *Buffer, uint32_t Length)
{
#if USE_H_I2C
    while(I2C_GetFlag(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    I2C_GenerateStart(I2C1, ENABLE);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_MODE_FLAG));         // EV5

    I2C_SendAddr7bit(I2C1, 0x78, I2C_DIRECTION_SEND);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_TXMODE_FLAG));       // EV6

    I2C_SendData(I2C1, 0x40);
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDING));      // EV8

    while(Length--)
    {
        I2C_SendData(I2C1, *Buffer++);
        while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDING));  // EV8
    }

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));       // EV8-2

    I2C_GenerateStop(I2C1, ENABLE);
#else
    sI2C_START();

    sI2C_SendData(0x78);
    sI2C_WaitACK();

    sI2C_SendData(0x40);
    sI2C_WaitACK();

    while(Length--)
    {
        sI2C_SendData(*Buffer++);
        sI2C_WaitACK();
    }

    sI2C_STOP();
#endif
}


/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_InitCFG(void)
{
    OLED_WriteCMD(0xAE);//关闭显示
	
	OLED_WriteCMD(0x15);//设置列地址
	OLED_WriteCMD(0x00);//起始地址00
	OLED_WriteCMD(0x3F);//结束列地址3F对应127列，每8列一组
	
	OLED_WriteCMD(0x75);//设置行地址
	OLED_WriteCMD(0x00);	//起始0
	OLED_WriteCMD(0x7F);	//结束127
	
	OLED_WriteCMD(0x81);//对比度设置
    OLED_WriteCMD(0x80);//1~255;默认0x7F (亮度设置,越大越亮)
	
	OLED_WriteCMD(0xA0);//显存映射
	OLED_WriteCMD(0x51);
	
	OLED_WriteCMD(0xA1);//显示起始行地址
	OLED_WriteCMD(0x00);
	
	OLED_WriteCMD(0xA2);//显示偏移
	OLED_WriteCMD(0x00);
	
	OLED_WriteCMD(0xA4);//正常显示模式
	
	OLED_WriteCMD(0xA8);//设置MUX 比率 16-128
	OLED_WriteCMD(0x7F);
	
	OLED_WriteCMD(0xB1);// Set phase length
	OLED_WriteCMD(0xF1);
	
	OLED_WriteCMD(0xB3); // Set Display Clock Divide Ratio/Oscillator Frequency
	OLED_WriteCMD(0x00); // 80Hz:0xc1 90Hz:0xe1 100Hz:0x00 110Hz:0x30 // 120Hz:0x50 130Hz:0x70
	
	OLED_WriteCMD(0xAB);
	OLED_WriteCMD(0x01);// set vdd internal
	
	OLED_WriteCMD(0xB6); // Set second pre-charge period
	OLED_WriteCMD(0x0F);
	
	OLED_WriteCMD(0xBE);// set VCOMH
	OLED_WriteCMD(0x0F);
	
	OLED_WriteCMD(0xBC);// set pre_charge voltage/VCOMH
	OLED_WriteCMD(0x08);
	
	OLED_WriteCMD(0xD5);// second precharge and VSL
	OLED_WriteCMD(0x62);
	
	OLED_WriteCMD(0xFD);// Unlock/Lock OLED driver IC MCU interface from entering command
	OLED_WriteCMD(0x12);
	
	OLED_WriteCMD(0xAF);//开启显示
}

/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_SetWindow(uint8_t StartX, uint8_t StartY, uint8_t EndX, uint8_t EndY)
{
    OLED_WriteCMD(0x15);
    OLED_WriteCMD(StartX/2);
    OLED_WriteCMD(EndX/2-1);

    OLED_WriteCMD(0x75);
    OLED_WriteCMD(StartY);
    OLED_WriteCMD(EndY-1);
}

/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_Clear(uint8_t Data)
{
    OLED_SetWindow(0, 0, 128, 128);

    for(uint32_t i = 0; i < OLED_HEIGHT*OLED_WIDTH/2; i++)
    {
        OLED_WriteDAT(Data);
    }
}

/*******************************************************************************
 * @brief       
 * @param       
 * @retval      
 * @attention   
*******************************************************************************/
void OLED_Init(void)
{
    OLED_InitI2C();

    OLED_InitCFG();

    OLED_Clear(0xFF);

    OLED_SetWindow(0, 0, 128, 128);
    OLED_WriteBuffer(gImage_AAA, sizeof(gImage_AAA));
}

显示效果

问题反馈

上述代码中分别使用软硬件两种I2C驱动方式来驱动OLED显示屏，对于软件驱动方式来说，执行所消耗的资源肯定比硬件I2C要多不少，但它可以成功驱动OLED显示，这说明对于OLED的参数配置以及刷新显示这部分的上层功能代码是没有问题的。但通过硬件I2C的方式来驱动显示时，并没有成功，期间尝试通过软件去修改I2C的通讯速率、在硬件上通过焊接不同阻值的上拉电阻，硬件I2C一直没有通讯成功过，通过在线单步DEBUG调试，发现在发送一些数据后，就会卡在产生START信号的等待状态，如下图所示；如果有条件，希望原厂可以一起来调试一下，看一下到底是什么问题导致的这个现象。

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回复评论（16）

沙发 xld0932

参考了多个网友驱动0.96寸OLED的I2C配置和驱动部分，对于0.96寸I2C接口的OLED来说，操作都没有问题，但在这款1.5寸的16灰OLED上硬件I2C就是通不了……

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点赞 2022-7-29 15:10

板凳 wangerxian

引用: xld0932 发表于 2022-7-29 15:10 参考了多个网友驱动0.96寸OLED的I2C配置和驱动部分，对于0.96寸I2C接口的OLED来说，操作都没有问题，但在这 ...

用逻辑分析仪抓一下硬件IIC的波形，说不定就能找到问题了。

点赞 2022-7-29 16:25

4楼 nmg

引用: xld0932 发表于 2022-7-29 15:10 参考了多个网友驱动0.96寸OLED的I2C配置和驱动部分，对于0.96寸I2C接口的OLED来说，操作都没有问题，但在这 ...

问题不突出，差点给你漏掉

以后可以考虑问题直接在题目里显示出来

点赞 2022-8-1 18:12

5楼 805721366

把OLED_WriteCMD中

I2C_SendData(I2C1, 0x00);

while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

和OLED_WriteDAT中

I2C_SendData(I2C1, 0x40);

while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED));

这两句的I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDED改为I2C_EVT_MASTER_DATA_SENDING试试

点赞 2022-8-1 20:14

6楼沧桑小草

建议参考下5楼的意见，另外用示波器看下具体波形，才能知道卡在哪个步骤。国民技术资料链接下载：ftp://58.250.18.138（复制该链接然后用文件资源管理器打开）

点赞 2022-8-1 22:48

7楼 xld0932

引用: 805721366 发表于 2022-8-1 20:14 把OLED_WriteCMD中 I2C_SendData(I2C1, 0x00); while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MAS ...

在发帖前就试过了……

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点赞 2022-8-2 08:48

8楼 xld0932

引用: 沧桑小草发表于 2022-8-1 22:48 建议参考下5楼的意见，另外用示波器看下具体波形，才能知道卡在哪个步骤。国民技术资料链接下载：ftp://58. ...

就是参考的官方资料和例程……

We are a team and we work as a team !

点赞 2022-8-2 08:49

9楼 xld0932

引用: wangerxian 发表于 2022-7-29 16:25 用逻辑分析仪抓一下硬件IIC的波形，说不定就能找到问题了。

测试工具暂时不在手边……

We are a team and we work as a team !

点赞 2022-8-2 08:50

10楼 littleshrimp

检查一下总线上的波形看看是不是和预期的一至，这种情况看代码好像没什么问题，在执行I2C_GenerateStart(I2C1, ENABLE);后MSMODE应该被系统置1，卡在 while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVT_MASTER_MODE_FLAG))可能是由ARLOST导致的，具体还得从波形上来看。

虾扯蛋，蛋扯虾，虾扯蛋扯虾

点赞 2022-8-8 15:31

11楼 xld0932

引用: littleshrimp 发表于 2022-8-8 15:31 检查一下总线上的波形看看是不是和预期的一至，这种情况看代码好像没什么问题，在执行I2C_GenerateStart(I2 ...

的确在单步调试的时候，有卡到这里的情况；怎么解决呢？我也看到网友发了OLED通过软硬件I2C和SPI来驱动的程序，我也测试过，我这边通过硬件I2C来驱动0.96寸的OLED也没问题，但就是驱动这个1.5寸的OLED会卡住；对于I2C的参数配置也都尝试修改过，也没解决问题；手上暂时没有逻辑分析仪，抓取不了波形来看……

We are a team and we work as a team !

点赞 2022-8-8 15:43