【STM32】I2C协议原理、HAL读写与OLED显示操作

半条-咸鱼

267人浏览 · 2026-06-16 09:42:13

半条-咸鱼 · 2026-06-16 09:42:13 发布

文章目录

@[toc]

一、I2C程序层次

1.1 设备间的通信方式

1.2 硬件原理图

1.3 硬件框图和软件层次

二、I2C 协议

2.1 硬件连接（一主多从）

2.2 数据传输类比

2.3 IIC 传输数据的格式

2.4 IIC 总线的信号类型

三、IIC HAL 编程

3.1 STM32CubeMX 配置

3.2 查询方式

3.2.1 Master 模式函数

3.2.2 MEM 模式函数

3.3 中断方式

3.3.1 Master 模式函数

3.3.2 MEM 模式函数

3.3.3 DMA 模式

四、OLED 操作原理

4.1 SOC控制OLED原理框架

4.1.1 如何分辨 cmd /data？

4.1.2 显存和像素的关系

4.2 自动设置行列 ==> 地址模式

五、在OLED上显示汉字

5.1 取模软件使用

5.2 完整程序

5.3 部分程序

5.4 OLED显示结果

一、I2C程序层次

1.1 设备间的通信方式

UART（异步全双工）& 1.1.2 I2C（同步半双工）

UART串口	I2C 协议

1.2 硬件原理图

// OLED实物图 教程见
https://blog.csdn.net/Super_Fisher_man/article/details/135613284?spm=1001.2014.3001.5501

OLED实物图	OLED原理图

1.3 硬件框图和软件层次

硬件框图

软件层次

二、I2C 协议

2.1 硬件连接（一主多从）

主控芯片引出两条SCL，SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（GPIO模式为开漏输出）

I2C在硬件上的接发

2.2 数据传输类比

I2C 数据传输类比图

2.3 IIC 传输数据的格式

IIC 传输数据的格式

IIC 像快递系统，只负责把包裹送到指定设备；包裹里面装的是什么、怎么解释，由具体芯片的数据手册决定。
拿OLED为例：S + Dev + w + 显存地址 + data0 + data1 ...

2.4 IIC 总线的信号类型

I2C 总线的信号类型


芯片手册上的图

IIC 总线的 SDA 和 SCL 通常采用开漏输出结构（Open-Drain）。设备只能主动拉低总线，不能主动输出高电平；当需要输出高电平时，设备释放总线，由上拉电阻将信号线拉高。这样可以避免多个设备同时驱动总线时产生电平冲突。详情：【STM32】HAL库的本质及芯片内部GPIO模块细节

输出 0 （驱动）	输出 1 （释放）
GPIO 主动拉低 SDA/SCL	GPIO 变成高阻态，由上拉电阻拉高（由外部电路决定）

主从设备，任意一方觉得要等一等，表示我这边还没准备好，都可以把 SCL (时钟）拉低；任意一方拉低，结果都是 0；

三、IIC HAL 编程

IIC_读写

3.1 STM32CubeMX 配置

I2C1 ==> Parameter Settings ==> GPIO Settings

3.2 查询方式

3.2.1 Master 模式函数

// Master 模式函数
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

参数	说明
I2C_HandleTypeDef *hi2c	使用哪个 I2C 控制器
uint16_t DevAddress	设备地址，需要把 7 位地址左移 1 位
uint8_t *pData	数据 buffer
uint16_t Size	数据个数
uint32_t Timeout	超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms
返回值	HAL_OK：成功HAL_ERROR：错误HAL_BUSY：总线忙HAL_TIMEOUT：超时

3.2.2 MEM 模式函数

// MEM 模式函数 
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t
MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t
MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

参数	说明
I2C_HandleTypeDef *hi2c	使用哪个 I2C 控制器
uint16_t DevAddress	设备地址，需要把 7 位地址左移 1 位
uint16_t MemAddress	存储地址，即 I2C 设备上的寄存器地址或存储地址
uint16_t MemAddSize	存储地址的大小，有 2 种取值： I2C_MEMADD_SIZE_8BIT：存储地址为 1 字节，就是 MemAddress 的低字节I2C_MEMADD_SIZE_16BIT：存储地址为 2 字节，先发送 MemAddress 的高字节，再发送低字节
uint8_t *pData	数据 buffer
uint16_t Size	数据个数
uint32_t Timeout	超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms
返回值	HAL_OK：成功HAL_ERROR：错误HAL_BUSY：总线忙HAL_TIMEOUT：超时

3.3 中断方式

3.3.1 Master 模式函数

// Master 模式函数
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
uint8_t *pData, uint16_t Size);

/* 主设备发送完成回调函数 */
void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
/* 主设备接收完成回调函数 */
void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
/* 出错回调函数 */
void HAL_I2C_ErrorCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)

参数	说明
I2C_HandleTypeDef *hi2c	使用哪个 I2C 控制器
uint16_t DevAddress	设备地址，需要把 7 位地址左移 1 位
uint8_t *pData	数据 buffer
uint16_t Size	数据个数
返回值	HAL_OK：成功HAL_BUSY：总线忙

3.3.2 MEM 模式函数

// MEM 模式函数
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t
MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);

/* MEM模式发送完成回调函数 */
void HAL_I2C_MemTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
/* MEM模式接收完成回调函数 */
void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
/* 出错回调函数 */
void HAL_I2C_ErrorCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)

参数	说明
I2C_HandleTypeDef *hi2c	使用哪个 I2C 控制器
uint16_t DevAddress	设备地址，需要把 7 位地址左移 1 位
uint16_t MemAddress	存储地址，即 I2C 设备上的寄存器地址或存储地址
uint16_t MemAddSize	存储地址的大小，有 2 种取值： I2C_MEMADD_SIZE_8BIT：存储地址为 1 字节，就是 MemAddress 的低字节I2C_MEMADD_SIZE_16BIT：存储地址为 2 字节，先发送 MemAddress 的高字节，再发送低字节
uint8_t *pData	数据 buffer
uint16_t Size	数据个数
返回值	HAL_OK：成功HAL_BUSY：总线忙

3.3.3 DMA 模式

将中断模式中的IT改为DMA 即可；

四、OLED 操作原理

4.1 SOC控制OLED原理框架

SOC控制OLED原理框架

4.1.1 如何分辨 cmd /data？

分辨 cmd / data

4.1.2 显存和像素的关系

像素点_显存(GDDRAM)大小	显存和像素的关系

写显存： ① 设置 Page n （n=0~7） ② 设置列 m （m= 0~127） ③ 写入 1 byte 的数据
一定要一个个设置吗？

4.2 自动设置行列 ==> 地址模式

页地址模式


行地址模式


列地址模式

五、在OLED上显示汉字

5.1 取模软件使用

//软件地址
通过网盘分享的文件：PCtoLCD2002.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1eORhBJW78vXzYZH6XJcWew?pwd=wjyf 提取码: wjyf

取模软件_PCtoLCD2022完美版

坤(0) 坤(1)  // 16*16 + 16*16

{0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x00,0xF8,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00},
{0x10,0x30,0x10,0x0F,0x08,0x08,0x00,0x1F,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x1F,0x00,0x00},/*"坤",0*/

{0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x00,0xF8,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00},
{0x10,0x30,0x10,0x0F,0x08,0x08,0x00,0x1F,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x1F,0x00,0x00},/*"坤",1*/

5.2 完整程序

通过网盘分享的文件：i2c_chinese.7z
链接: https://pan.baidu.com/s/1hktCwfMTZ80wHkBal4235Q?pwd=ny43 提取码: ny43

5.3 部分程序


void OLED_PrintChinese(uint8_t x, uint8_t y)
{   
	extern uint8_t g_chinese_fonts[5][32];

	uint8_t page = y;
	uint8_t col  = x*8;
	
	if (y > 7 || x > 15)
			return;
	
	int i;
	for (i = 0; i < sizeof(g_chinese_fonts)/sizeof(g_chinese_fonts[0]); i++)
	{
		/* 设置位置: page,col */
    OLED_SetPosition(page, col);

		/* 发送16字节数据(汉字的上半部) */
    OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&g_chinese_fonts[i][0], 16);

		/* 设置位置: page+1,col */
    OLED_SetPosition(page+1, col);
		
		/* 发送16字节数据(汉字的下半部) */
    OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&g_chinese_fonts[i][16], 16);

		/* 更新下一个字符的位置:page不变,col+=16 */	
		col += 16;
	}
}

// chinese_font.c
#include <stdint.h>

/* 16*16, 32byte */
uint8_t g_chinese_fonts[2][32] = {
	{0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x00,0xF8,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00, 
   0x10,0x30,0x10,0x0F,0x08,0x08,0x00,0x1F,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x1F,0x00,0x00},/*"坤",0*/

	{0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x00,0xF8,0x88,0x88,0xFF,0x88,0x88,0xF8,0x00,0x00,
	 0x10,0x30,0x10,0x0F,0x08,0x08,0x00,0x1F,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0x1F,0x00,0x00},/*"坤",1*/
};

5.4 OLED显示结果

显示结果

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