实验一

实验目的

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）。

I2C简介

1.什么是I2C协议
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 协议的物理层和协议层
①物理层
I2C是一个支持设备的总线。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。对于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)。
I2C 通讯设备常用连接方式（引用野火资料中的图）

②协议层

主要是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。

通讯的起始和停止信号

数据有效性

从图中可以看出I2C在通讯的时候，只有在SCL处于高电平时，SDA的数据传输才是有效的。SDA 信号线是用于传输数据，SCL 信号线是保证数据同步。
响应

当SDA传输数据后，接收方对接受到的数据进行一个应答。如果希望继续进行传输数据，则回应应答信号（低电平），否则回应非应答信号（高电平）。

3.I2C的两种方式——硬件I2C和软件I2C
①硬件I2C
直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。

硬件I2C的使用只要配置好对应的寄存器，外设就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软件I2C
直接使用 CPU 内核按照 I2C 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，从而模拟I2C。

软件I2C的使用需要在控制产生 I2C 的起始信号时，控制作为 SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，然后控制作为 SDA 线的
GPIO 引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，最后再控制SCL 线切换为低电平，这样就输出了一个标准的 I2C 起始信号。

③两者的差别
硬件 I2C 直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件I2C 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 I2C 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。对于硬件I2C用法比较复杂，软件I2C的流程更清楚一些。如果要详细了解I2C的协议，使用软件I2C可能更好的理解这个过程。在使用I2C过程，硬件I2C可能通信更加快，更加稳定。

实验过程

main.c


int main(void)
{   delay_init();       uart_init(115200);   IIC_Init();while(1){printf("温度湿度显示");read_AHT20_once();delay_ms(1500);}
}

AHT20芯片的使用

void  read_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

void read_AHT20(void)
{uint8_t   i;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");
}

然后注意连接板子

SCL连接PB6，SDA连接PB7
vcc和gnd分别接电源和地
然后打开野火
得到如下结果

可以看到在发送温度湿度
完成

实验二

实验目的

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)。

SPI简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是由 Motorola 公司提出的一种高速的，全双工，同步的通信总线，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。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件连接，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOST和低电平有效的从机选择线C/S(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

1.SPI时序

上图中的时序只是 SPI 其中一种通讯模式，SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。为方便说明，在此引入“时钟极性 CPOL”和“时钟相位 CPHA”的概念。
时钟极性 CPOL 是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时，SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。
时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时，MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数边沿”采样。

2.SPI工作模式
根据 CPOL 及 CPHA 的不同状态，SPI 分成了四种模式，见下图，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式 0”与“模式 3”。

3.SPI 优缺点
SPI 优点

支持全双工通信通信简单数据传输速率块

SPI 缺点

没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据可靠性上有一定的缺陷。

OLED简介

1.OLED原理
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。

下面是7针SPI通信OLED的图片：

2.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。

实验过程

显示自己的学号和姓名:
主要函数：
main.c

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）while(1) { TEST_MainPage();         //主界面显示测试OLED_Clear(0); /*Test_Color();            //刷屏测试OLED_Clear(0); Test_Rectangular();      //矩形绘制测试OLED_Clear(0); Test_Circle();           //圆形绘制测试OLED_Clear(0); Test_Triangle();         //三角形绘制测试OLED_Clear(0);  TEST_English();          //英文显示测试OLED_Clear(0);TEST_Number_Character(); //数字和符号显示测试OLED_Clear(0); TEST_Chinese();          //中文显示测试OLED_Clear(0); TEST_BMP();              //BMP单色图片显示测试OLED_Clear(0); TEST_Menu1();            //菜单1显示测试OLED_Clear(0); TEST_Menu2();            //菜单2显示测试OLED_Clear(0); */}
}

本次实验只需要调用mainpage函数

在test.c文件中修改函数
TEST_MainPage()：

void TEST_MainPage(void)
{   GUI_ShowString(28,0,"CCChenn",16,1);GUI_ShowCHinese(28,20,16,"曹元辰",1);GUI_ShowString(4,48,"631907030701",16,1);delay_ms(1500);        delay_ms(1500);
}

在oledfond.,h文件中加入需要显示的16*16的字模

const typFNT_GB16 cfont16[] =
{"曹",0x04,0x40,0x04,0x40,0xFF,0xFE,0x04,0x40,0x3F,0xF8,0x24,0x48,0x3F,0xF8,0x24,0x48,
0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,/*"曹",0*/
"元",0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFE,0x04,0x40,0x04,0x40,
0x04,0x40,0x04,0x40,0x08,0x40,0x08,0x42,0x10,0x42,0x20,0x42,0x40,0x3E,0x80,0x00,/*"元",1*/
"辰",0x00,0x00,0x3F,0xFC,0x20,0x00,0x20,0x00,0x2F,0xF8,0x20,0x00,0x20,0x00,0x3F,0xFC,
0x24,0x80,0x24,0x88,0x24,0x50,0x24,0x20,0x44,0x10,0x45,0x08,0x86,0x06,0x04,0x00,/*"辰",2*/};

其中字模需要通过字模提取软件提取
修改字模选项如下

然后将字模复制到刚刚说的文件中，就可以了

OLED 主要函数

//OLED控制用函数
void OLED_WR_Byte(unsigned dat,unsigned cmd);
void OLED_Display_On(void);
void OLED_Display_Off(void);
void OLED_Set_Pos(unsigned char x, unsigned char y);
void OLED_Reset(void);
void OLED_Init_GPIO(void);
void OLED_Init(void);
void OLED_Set_Pixel(unsigned char x, unsigned char y,unsigned char color);
void OLED_Display(void);
void OLED_Clear(unsigned dat); //OLED滚动显示
void OLED_Display_scroll(void);

连线如下

结果如下

（注意，我这里看到会有闪屏现象是因为手机录制的帧率和OLED 屏幕显示的帧率相同有一个时延。）

显示AHT20的温度和湿度:

主要函数
这里是显示温度湿度的函数

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");}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  //printf(strTemp);//printf("/r/n");GUI_DrawLine(0, 10, WIDTH-1, 10,1);GUI_DrawLine(WIDTH/2-1,11,WIDTH/2-1,HEIGHT-1,1);GUI_DrawLine(WIDTH/2-1,10+(HEIGHT-10)/2-1,WIDTH-1,10+(HEIGHT-10)/2-1,1);GUI_ShowString(0,1,"2021-11-20",8,1);GUI_ShowString(74,1,"Saturday",8,1);GUI_ShowString(14,HEIGHT-1-10,"Cloudy",8,1);GUI_ShowString(WIDTH/2-1+2,13,"TEMP",8,1);GUI_DrawCircle(WIDTH-1-19, 25, 1,2);GUI_ShowString(WIDTH-1-14,20,"C",16,1);GUI_ShowString(WIDTH/2-1+9,20,strTemp,16,1);GUI_ShowString(WIDTH/2-1+2,39,"Humid",8,1);GUI_ShowString(WIDTH/2-1+5,46,strHumi,16,1);delay_ms(1000);       delay_ms(1000);
}

main函数

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(1);}
}

结果如下

上下或左右的滑动显示长字符:
main函数

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){TEST_MainPage();OLED_Display_scroll();}
}

在oled.c文件中加入以下函数

void OLED_Display_scroll(void)
{OLED_WR_Byte(0x2e,OLED_CMD);//关滚动OLED_WR_Byte(0x2a,OLED_CMD);//29向右，2a向左(垂直水平滚动)OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//A:空字节OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//B:水平起始页OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//C:水平滚动速度OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD);//D:水平结束页OLED_WR_Byte(0x01,OLED_CMD);//E:每次垂直滚动位移OLED_WR_Byte(0x2f,OLED_CMD);//开滚动
}

在oled.h文件中加入该函数的声明
然后去oledfond.h文件中将需要用的字模放进去

运行结果

参考文献

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

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基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示

实验一

实验目的

I2C简介

实验过程

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OLED简介

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