【嵌入式基础】基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示
本文主要介绍IIC总线通信协议和SPI协议，并使用STM32系列芯片基于IIC协议实现AHT20温湿度传感器上位机数据采集，基于SPI协议实现OLED显示。
目录
一、IIC总线通信协议
1、IIC协议简介
2、IIC物理层
3、IIC协议层
4、软硬件IIC
二、基于STM32的温湿度数据采集
1、题目要求
2、理解代码含义
3、代码编译
4、硬件连接和烧录之后的实验结果
三、SPI协议和OLED介绍
1、SPI协议简介
2、SPI连接方式（物理层）
3、SPI通讯过程（协议层）
4、OLED原理
四、STM32+OLED显示个人学号姓名
1、题目要求
2、文字取模
3、显示自己的名字和学号
4、显示AHT20的温度和湿度
5、左右滑动显示长字符
五、总结
六、参考文献
一、IIC总线通信协议
1、IIC协议简介
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。
IIC最重要的功能包括：
- 只需要两条总线；
- 没有严格的波特率要求，例如使用RS232，主设备生成总线时钟；
- 所有组件之间都存在简单的主/从关系，连接到总线的每个设备均可通过唯一地址进行软件寻址；
- IIC是真正的多主设备总线，可提供仲裁和冲突检测；
- 传输速度：
标准模式：Standard Mode = 100 Kbps
快速模式：Fast Mode = 400 Kbps
高速模式： High speed mode = 3.4 Mbps
超快速模式： Ultra fast mode = 5 Mbps
- 最大主设备数：无限制；
- 最大从机数：理论上是127。
2、IIC物理层
I2C 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，SCL和SDA被上拉电阻Rp拉高，使SDA和SCL线都保持高电平。
I2C通信方式为半双工，只有一根SDA线，同一时间只可以单向通信，485也为半双工，SPI和uart通信为全双工。
它的物理层有如下特点：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I 2 C 设备尚不支持高速模式。
- 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。
3、IIC协议层
IIC 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。
4、软硬件IIC
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管脚也是专用的；软件IIC一般是用GPIO管脚，用软件控制管脚状态以模拟IIC通信波形。硬件IIC的效率要远高于软件的，而软件IIC由于不受管脚限制，接口比较灵活。模拟IIC 是通过GPIO，软件模拟寄存器的工作方式，而硬件（固件）IIC是直接调用内部寄存器进行配置。
软件IIC：
直接使用 CPU 内核按照 IIC 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，从而模拟IIC。
使用： 需要在控制产生 IIC 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 IIC 起始信号。
硬件IIC：
直接利用 STM32 芯片中的硬件 IIC 外设。
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 IIC 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 IIC 起始信号，不需要内核直接控制引脚的电平
软硬件IIC之间的差别：
硬件 IIC 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IIC 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 IIC 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。对于硬件IIC用法比较复杂，软件I2C的流程更清楚一些。如果要详细了解IIC的协议，使用软件IIC可能更好的理解这个过程。在使用IIC过程，硬件IIC可能通信更加快，更加稳定。
二、基于STM32的温湿度数据采集
1、题目要求
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）。
2、理解代码含义
AHT20芯片的使用过程：
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");
}3、代码编译
编译无误，可以进行烧录。
4、硬件连接和烧录之后的实验结果
USB 转 TTL 模块与STM32F103 核心板的连接：
GND----GND
3V3----3.3
RXD----A9
TXD----A10
AHT20 芯片与STM32F103 核心板的连接：
SCL----B6
GND----GND
SDA----B7
VCC----5V
烧录：
实验效果：
完整代码链接： 百度网盘 请输入提取码
提取码：o72s
三、SPI协议和OLED介绍
1、SPI协议简介
SPI(Serial peripheral interface)即串行外围设备接口，是由Motorola首先在其MC68HCxx系列单片机上定义的，基于高速全双工总线的通讯协议。(又是高速，而且全双工，确实强大)被广泛应用于ADC、LCD等设备与MCU之间。
跟前面学习IIC、USART一样，学习一种协议，还是从两个层面分析：物理层和协议层。
2、SPI连接方式（物理层）
SS( Slave Select)：从设备选择信号线，常称为片选信号线。
SCK (Serial Clock)：时钟信号线，用于通讯数据同步。
MOSI (Master Output， Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。
MISO(Master Input,，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。
3、SPI通讯过程（协议层）
NSS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。
通讯的起始和停止信号
在上图的标号①处，NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。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⑥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。
数据有效性
SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。MOSI 及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB 先行或 LSB 先行并没有作硬性规定，但要保证两个 SPI 通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用上图中的 MSB 先行模式。
观察图中的②③④⑤标号处，MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，在SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI及 MISO 为下一次表示数据做准备。
SPI 每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。
完整的时序图如下：
4、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。
LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED 效果要来得好一些。以目前的技术，OLED 的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。
我们使用的是 ALINETEK 的 OLED 显示模块，该模块有以下特点：
1）模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。
2）尺寸小，显示尺寸为 0.96 寸，而模块的尺寸仅为 27mmx26mm 大小。
3）高分辨率，该模块的分辨率为128x64。
4）多种接口方式，该模块提供了总共 5 种接口包括：6800、8080 两种并行接口方式、3线或 4 线的穿行 SPI 接口方式、IIC 接口方式（只需要 2 根线就可以控制 OLED 了）。
5）不需要高压，直接接 3.3V 就可以工作了。
在下面实验中，将会采用七线OLED
参考厂家给出的Demo程序：0.96寸SPI_OLED模块配套资料包
0.96寸OLED显示屏相关介绍可参考链接：
0.96inch SPI OLED Module - LCD wiki
四、STM32+OLED显示个人学号姓名
1、题目要求
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；
2) 显示AHT20的温度和湿度；
3) 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)。
2、文字取模
字库取模
由于OLED显示中使用了中文字符，因此需要将中文进行取模得到中文的点阵编码并存到oledfont.h中，方便程序调用并显示到OLED上去。在此我们应用的是PCtoLCD2002软件来对汉字取模
文字取模软件：
链接：https://pan.baidu.com/s/1XfS6tToEo-vO-yOA5kt0IQ
提取码：q45w
1.打开软件，选择选项，配置字模选项
2.输入要显示的数据，点击生成字模
3、显示自己的名字和学号
完整代码工程链接：https://pan.baidu.com/s/1ueLkRFvStGZXsvKRUIkB6A
提取码：q45w
修改程序
内容显示 TEST_MainPage函数->test.c文件
void TEST_MainPage(void)
{
// GUI_ShowString(28,0,"mo",16,1);//英文姓名GUI_ShowCHinese(28,20,16,"莫泉军",1);//中文姓名GUI_ShowString(4,48,"631909080117",16,1);//数字详细delay_ms(1500); delay_ms(1500);
}
将字模 添加到oledfont.h中：
主函数修改：
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}
}
编译烧录
烧录运行
实验结果
4、显示AHT20的温度和湿度
完整代码工程链接：https://pan.baidu.com/s/1I99nZ9jtouUjpezkhK0ekg
提取码：q45w
代码修改
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);}
}温湿度显示read_AHT20函数->bsp_i2c.c文件
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");}/*通过串口显示采集得到的温湿度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 GUI_ShowCHinese(16,00,16,"温湿度显示",1);GUI_ShowCHinese(16,20,16,"温度",1);GUI_ShowString(53,20,strTemp,16,1);GUI_ShowCHinese(16,38,16,"湿度",1);GUI_ShowString(53,38,strHumi,16,1);delay_ms(1500); delay_ms(1500);
}编译烧录运行即可
实验结果如下：
5、左右滑动显示长字符
完整代码工程链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1JaAMaIfhppOKOfdE6BVQDQ
提取码：q45w
主要代码：
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 26/27OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //虚拟字节OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //起始页 0OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //滚动时间间隔OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD); //终止页 7OLED_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) { }
} 修改text.c中的TEST_MainPage函数
添加字模数据 ：
编译烧录之后就可以运行
实验结果如下：
五、总结
这次实验主要是对于硬件接线的把握以及原理的理解，在实验过程中，也遇到了一些问题，比如代码的修改过程，在字模复制上去后一定要记得，在16进制码前面一定要加上文字，不然会无法显示。通过这三个实验做了之后，对嵌入式应用有了更深的了解，以后我可以通过OLED屏显示更多的东西，这是可以展示给别人看的。OLED是一个比较有意思的外设，在之后完成更多硬件项目时，可以利用OLED进行调试显示，帮助会很大，所以要好好掌握OLED的使用，多加练习，受益匪浅。
六、参考文献
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111597278
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111414037
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111678857
https://blog.csdn.net/qq_60678931/article/details/121410035
【嵌入式基础】基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示相关推荐
- 【嵌入式08】基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示
文章目录 一.温湿度采集 1.I2C总线协议 2.电路连接 3.代码编写 4.烧录输出 二.OLED显示 1.SPI和OLED介绍 2.电路连接 3.汉字取模 4.代码编写 5.烧录输出 三.总结 四 ...
- 基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示
前言 环境 KEIL:5.0 FIyMcu:V0.993 开发板:STM32F103C8T6 器件 AHT-20 温湿度传感器 0.96英寸OLED屏幕 任务1内容 学习I2C总线通信协议,使用STM ...
- 基于I2C/SPI总线的温湿度采集与OLED显示
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I2 ...
- 基于 SPI 协议的0.96 寸OLED显示
目录 一. SPI 协议 1.简介 2.SPI的连接方式 3.通信过程 二.OLED 1.OLED原理 2.点阵编码原理与显示 三.OLED显示实验 Demo 程序 1.要求 2. OLED 显示汉 ...
- 基于I2C/SPI的温湿度采集与OLED显示
目录 一.温湿度采集 1.了解I2C总线协议 2.实现AHT20采集程序 3.温湿度的OLED(4SPI)显示 二.OLED显示 1.了解SPI(串行外设接口) 2.使用0.96寸OLED显示屏显示数 ...
- 基于IIC和SPI协议的OLED显示（STM32）
文章目录 一.介绍SPI 二.使用OLED显示屏显示数据 1.介绍OLED 2.连接开发板和显示屏 3.运行结果 三.修改程序实现显示 四.结果展示 五.参考 一.介绍SPI SPI(Serial P ...
- 基于stm32、spi协议的Fatfs文件系统移植(附完整代码下载)
开发环境:Window 7 32bit 开发工具:Keil uVision4 硬件:stm32f103vct6 目录 1.硬件设计: 2.软件设计 1.SPI收发数据 2.向SD卡发送的命令格式: 3 ...
- 基于SPI的OLED显示
文章目录 一.SPI协议 1. SPI简介 2. SPI通信原理 3. GPIO口配置 二.OLED原理及应用 1. OLED原理 2. OLED显示 2.1 姓名学号显示 ①准备工作及部分代码 ②实 ...
- 用STM32F103达成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器和OLED屏显示汉字
目录 一 I2C协议简介 硬件I2C与软件I2C 二 代码和ATH20芯片实现温湿度的串口显示 三 用stm32f103芯片的SPI和IIC接口接上OLED屏显示中文姓名温湿度 1 先用文字字模生成器 ...
最新文章
- html 写一个日志控件 查看log
- EmbeddedWebBrowser(EmbeddedWB)不显示图片
- Windows10下搭建Java环境（最新教程）
- 2.cocos2d-x坐标体系（UI坐标系，GL坐标系，本地坐标，世界坐标，节点坐标）
- 【杂谈】数学，计算机视觉，图形图像处理
- Visio 方向工程连接 Oracle 10G
- step1 . day2：Linux系统基础知识
- 学习转载：Linux命令--grep|正则表达式
- 读再多书都没觉得自己变强？试试我这“5年陈”的方法
- 学硕计算机考296算高分么,考研总分是多少算高分?考研340分是什么水平?
- android之WIFI小车编程详述
- 水晶报表设置图片高度与宽度
- 生产中k8s适合mysql_在K8S集群中构建复杂的MySQL单实例数据库
- 女孩子怎样能赚到月薪一万
- 原创设计师交流平台|集设作品传播和推荐的地方
- VB 汉字字符串转换成拼音
- 咱也写个小写数字转大写金额 ,纯粹字符串操作实现
- STM32F072单片机的低功耗实验/STOP模式低功耗调试
- php盘古分词,百度分词技术_百度输入法分词怎么关_百度分词原理
- 计算机配置很不错但是卡,高手告诉你win10电脑明明配置很好却卡顿的详尽处理手法...