STM32筆記(16)：在SSD1306 OLED顯示紅綠燈狀態

為了方便之後的實做顯示結果，本篇將在初步瞭解 GPIO 的作法後，使用 I2C 介面，將結果的值顯示在 0.96 吋的 OLED 顯示器上。這個顯示器的型號是 SSD1306，找到了一個生產顯示器廠商提供的驅動程式，獨立產生一個 oled.c 及 oled.h(定義顯示字型的 oledfont.h 及定義圖形的 bmp.h 檔)。

[設定include路徑及程式]

上一篇使用 LED 作為交通燈號，僅使用 GPIO 的引腳設定為 on/off，就可以控制 LED 燈亮或滅，這篇開始會將每種硬體(如 OLED、LCD1602...等）的驅動函式放在 Hardware 目錄中。首先在專案的根路徑下，新增一個 Hardware 資料夾，與 System、User 同一層目錄。

開啟 Keil 5 主程式，在左方樹狀目錄的 Target 按右鍵，出現選單視窗，選擇「Optios for Target...」或上方工具列的魔法棒(如下圖紅色框處)，開啟選項設定視窗，如下圖：

點選「C/C++」頁簽，在下方點選 include 路徑的圖示，增加一個 \Hardware 的路徑，如下圖：

再增加一個 Group，名為 Hardware，將未來新增的 .c 檔案，都增加進來，方法請參考前一篇文章，或按下下圖上方紅色處圖示，來增加 Group 及 .c 檔案。

[STM32F103x的I2C]

I2C 是一種使用多主從架構的串列通訊協議，只需要兩條線：數據線（SDA）和時鐘線（SCL）即可進行通訊。I2C模組接收和發送資料，將資料從串列轉換成並行，或平行轉換成串列。

I2C 總線有三種傳輸速率可供選擇：標準模式（可達100 kbit/s）、快速模式（可達400 kbit/s）和高速模式（可達3.4 Mbit/s），STM32 僅使用標準和快速兩種模式。STM32F103x 的 I2C 總線通信接口，其內部結構如下圖：

① 引腳：I2C 的硬體架構只需要兩個引腳(SDA和SCL)，SMBA 線用於 SMBUS 的警告訊號，I2C 通訊用不到。

② 時鐘訊號：SCL 的時鐘訊號，透過設定時鐘控制暫存器(ClockControl Register，CCR)控制，設定 SCL 的頻率，可選擇「標準(100 kbit/s)/快速(400 kbit/s)」模式。

③ 資料收發：I2C 的 SDA 信號主要連接到資料移位暫存器(Data Shift Register，DSR)上，DSR的資料來源及目標是資料暫存器(Data Register，DR)，傳送資料時，傳送的位元組寫入 DR 暫存器，硬體會把 DR 中的位元組搬到 DSR 中，然後在時鐘訊號的配合下，把 DSR 最高位的資料放到傳輸線 SDA 上，並對 DSR 進行移位元運算。接收資料時，資料控制器(Data Control)根據時鐘訊號，把 SDA 線上的高低電平轉換為「1」或「0」的資料，寫到 DSR 的最低位，同時 DSR 移位元運算，當接收完一個位元組的 8 位元資料後，把 DSR 中的資料搬到DR暫存器中。

④ 控制邏輯：控制邏輯負責協調整個 I2C 外設，控制邏輯可改變「控制暫存器(Control Register 1，CR1)和(Control Register 2，CR2)」來達成觸發起始和停止訊號，做出ACK響應，設定外設時脈頻率，開啟DMA和中斷的功能。外設工作時，控制邏輯會根據外設的工作狀態修改「狀態暫存器(Status Register 1，SR1)和(Status Register 2，SR2)」，只要讀取這些暫存器相關的暫存器位，就可以知道當前匯流排是否被佔用，本機是主裝置還是從裝置，資料是否傳送完畢等 I2C 的工作狀態。

除了上述簡單的說明外，要使用 STM32 開發板控制 I2C 接收/傳送資料，還有很多內容需要瞭解，之後再以實做來補充。

[材料]

• STM32F103C8T6 主板 x 1
• OLED SSD1306 顯示器 x1
• 麵包板 x1
• LED 紅、黃、綠 各 1 個
• STLINK V2 模擬下載器 x 1
• 連接線 x N 條

[接線與電路圖]

LED 正極(長腳)都接到 3.3v，另一腳，分別接在 STM32F103 的 PA0、PA1 及 PA2。STM32F103x 連接 SSD1306 如下表：

STM32F103x	SSD1306 OLED
3.3v	VDD
GND	GND
B8	SCK/SCL
B9	SDA

[程式]

主程式一開始先對 OLED 進行初始化，再設定三個引腳 GPIO 連接三個 LED燈，進入迴圈循環時，紅綠燈亮時各等待三秒，黃燈亮時等待一秒，主程式 main.c 如下：

/**********************************************************
 * @file main.c
 * @date 2022/3/27  
 * @brief traffic light with OLED
 *        	VDD 	- 3.3V
 *       	GND 	- GND
 * 	  	SCL/SCK - PB8    // IIC時鐘信號
 *	  	SDA 	- PB9    // IIC資料信號
 **********************************************************/

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "bmp.h"

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;    // 定義一個GPIO_InitTypeDef類型的結構體

int main (void)
{
	delay_init();	    	 //延時函數初始化	  
	NVIC_Configuration(); 	 //設置 NVIC 中斷分組2:2位搶佔優先順序，2位回應優先順序 	
	OLED_Init();		 //初始化OLED  
	OLED_Clear(0);           //清除螢幕

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //開啟GPIOA的外設時鐘
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;  //選擇要控制的GPIOA引腳
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;   		  //設置引腳速率為2MHz
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   		  //設置引腳為通用推輓輸出模式
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  				  //調用庫函數，初始化GPIOA5引腳

	// 將引腳設為高電位，此時三個燈熄滅
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);	

	OLED_Init();
		
	OLED_ShowString(1, 2, "Welcome...  ",16);
	OLED_ShowString(1, 4, "Stop Light Proj",16);
	delay_s(3);

	OLED_Clear(0);
	
	while (1)
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);	// 點亮紅燈	
		OLED_ShowString(6, 3, "Red    ",16); 
		delay_s(3);				// 停 3 秒

		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);	// 熄滅紅燈
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);	// 點亮黃燈	
		OLED_ShowString(6, 3, "Yellow",16);
		delay_s(1);

		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);	// 熄滅黃燈
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);	// 點亮綠燈	
		OLED_ShowString(6, 3, "Green ",16);		
		delay_s(3);
		
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);	// 熄滅綠燈
	}
}

由於引用的 OLED 等相關程式數量較多，我將程式放在 Github:2. LED Traffic light with OLED，有興趣的朋友可以下載來試試。

[編譯錯誤#268]

程式寫完在第一次編譯時，出現一個錯誤的提示：

oled.c(45): error: #268: declaration may not appear after executable statement in block

找到網路上的解決方法：ARMCC: Error #268: Declaration may not appear after Exec
原因是宣告不能在執行語句後面，也就是說變數的宣告需寫在使用語句的前面，否則會導致程序在編譯時找不到這個變數，造成錯誤。解決方法是在選項(下圖左上紅框處圖示)中勾選「C99」(下圖下方方框處)，讓編譯時，可以將宣告和語句混用，就像在 C 語言中一樣。如下圖：

[結果]

[參考資料]

• STM32F103 Reference manual
• STM32F10x參考手冊
• STM32通訊硬體 I2C
• 0.96inch OLED Module MC096VX