一、实验目的
掌握STM32F103通过I2C接口驱动OLED显示屏的方法
学习U8g2图形库的移植和使用
实现多种显示效果：学号姓名显示、滑动动画、图形绘制
了解I2C通信协议及调试方法
U8g2库开源网址：https://github.com/olikraus/u8g2
二、实验环境
2.1 硬件环境
主控芯片：STM32F103C8T6
OLED显示屏：0.96寸SSD1306，I2C接口
接口连接：
SCL → PB10
SDA → PB11
VCC → 3.3V
GND → GND
2.2 软件环境
开发环境：STM32CubeMX + Keil MDK
图形库：U8g2
调试工具：逻辑分析仪
三、实验原理
3.1 OLED显示原理
OLED（Organic Light-Emitting Diode）是有机发光二极管，具有自发光特性，不需要背光。SSD1306控制器支持128×64分辨率，通过I2C协议进行通信。
3.2 I2C通信协议
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种同步、多主从的串行总线，包含：
SCL：时钟线
SDA：数据线
7位设备地址：0x78（OLED地址）
3.3 U8g2图形库
U8g2是嵌入式设备的单色图形库，支持多种显示器控制器，提供丰富的绘图API。
四、实验步骤
4.1 CubeMX配置
时钟配置
HSE：8MHz
PLL倍频：9倍
系统时钟：72MHz
I2C配置
使用I2C2
标准模式（100kHz）
SCL：PB10
SDA：PB11
生成代码
生成HAL库基础框架
4.2 U8g2库移植
4.2.1准备U8g2库文件
移植U8g2图像库需要准备好，U8g2的源码是在GitHub上开源的。
U8g2下载地址: https://github.com/olikraus/u8g2
进入源码地址后下载整个U8g2图形库的压缩包。
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原文链接：https://blog.csdn.net/black_sneak/article/details/126312657
4.2.2将精简后的U8g2库添加至Keil
// stm32_u8g2.c
uint8_t u8x8_byte_hw_i2c(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
static uint8_t buffer[32];
static uint8_t buf_idx;
uint8_t *data;
switch(msg)
{
case U8X8_MSG_BYTE_SEND:
data = (uint8_t *)arg_ptr;
while(arg_int > 0)
{
buffer[buf_idx++] = *data;
data++;
arg_int--;
}
break;
case U8X8_MSG_BYTE_START_TRANSFER:
buf_idx = 0;
break;
case U8X8_MSG_BYTE_END_TRANSFER:
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2, 0x78, buffer, buf_idx, 1000);
break;
default:
return 0;
}
return 1;
}
uint8_t u8x8_gpio_and_delay(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
switch(msg)
{
case U8X8_MSG_DELAY_MILLI:
HAL_Delay(arg_int);
break;
default:
return 0;
}
return 1;
}
void u8g2Init(u8g2_t *u8g2)
{
u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f(u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_hw_i2c, u8x8_gpio_and_delay);
u8g2_InitDisplay(u8g2);
u8g2_SetPowerSave(u8g2, 0);
}
4.3 显示功能实现
主程序框架：
// main.c
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_I2C2_Init();
u8g2_t u8g2;
u8g2Init(&u8g2);
while(1)
{
u8g2_FirstPage(&u8g2);
do {
u8g2DrawTest(&u8g2); // 主要显示函数
} while(u8g2_NextPage(&u8g2));
}
}
五、功能实现与代码分析
5.1 三模式切换显示
void testMyDisplay(u8g2_t *u8g2)
{
static uint8_t mode = 0;
static uint32_t last_change = 0;
// 3秒自动切换模式
if(HAL_GetTick() - last_change > 3000) {
mode = (mode + 1) % 3;
last_change = HAL_GetTick();
}
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
switch(mode) {
case 0:
// 模式0：大字体显示学号
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB18_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 5, 35, "632307030613");
break;
case 1:
// 模式1：显示中文名字
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB14_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 30, 35, "扎西坚才");
break;
case 2:
// 模式2：同时显示学号和名字
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB12_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 15, 25, "632307030613");
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB10_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 40, 45, "扎西坚才");
break;
}
}
5.2 滑动动画效果
void slideAnimation(u8g2_t *u8g2)
{
// 文字从右侧滑入
for(int x = 128; x >= 0; x -= 2) {
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB12_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, x, 32, "滑动显示效果");
u8g2_SendBuffer(u8g2);
HAL_Delay(30);
}
// 文字向上滑动消失
for(int y = 32; y >= -20; y -= 2) {
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB12_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 0, y, "向上滑动");
u8g2_SendBuffer(u8g2);
HAL_Delay(30);
}
}
5.3 图形绘制与动态效果
void drawGraphics(u8g2_t *u8g2)
{
// 绘制基本图形
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
// 绘制矩形框
u8g2_DrawFrame(u8g2, 10, 10, 50, 30);
// 绘制填充圆
u8g2_DrawDisc(u8g2, 90, 25, 15, U8G2_DRAW_ALL);
// 绘制三角形
u8g2_DrawTriangle(u8g2, 30, 50, 50, 30, 70, 50);
// 绘制线条
u8g2_DrawLine(u8g2, 5, 5, 120, 60);
u8g2_SendBuffer(u8g2);
HAL_Delay(2000);
}
void dynamicSmile(u8g2_t *u8g2)
{
// 动态笑脸动画
for(int i = 0; i < 5; i++) {
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
// 绘制脸型
u8g2_DrawCircle(u8g2, 64, 32, 25, U8G2_DRAW_ALL);
// 眼睛
u8g2_DrawDisc(u8g2, 50, 25, 4, U8G2_DRAW_ALL);
u8g2_DrawDisc(u8g2, 78, 25, 4, U8G2_DRAW_ALL);
// 动态嘴巴
if(i % 2 == 0) {
// 直线嘴巴
u8g2_DrawLine(u8g2, 50, 40, 78, 40);
} else {
// 微笑嘴巴
u8g2_DrawCircle(u8g2, 64, 40, 12, U8G2_DRAW_UPPER_LEFT | U8G2_DRAW_UPPER_RIGHT);
}
u8g2_SendBuffer(u8g2);
HAL_Delay(500);
}
}
5.4 进度条显示
void progressBar(u8g2_t *u8g2)
{
for(int i = 0; i <= 100; i += 5) {
u8g2_ClearBuffer(u8g2);
// 显示标题
u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB10_tr);
u8g2_DrawStr(u8g2, 10, 15, "Loading...");
// 绘制进度条边框
u8g2_DrawRFrame(u8g2, 10, 25, 100, 15, 3);
// 绘制进度条填充
u8g2_DrawRBox(u8g2, 10, 25, i, 15, 3);
// 显示百分比
char percent[10];
sprintf(percent, "%d%%", i);
u8g2_DrawStr(u8g2, 115, 38, percent);
u8g2_SendBuffer(u8g2);
HAL_Delay(100);
}
}
六、I2C通信分析
6.1 波形特征分析
使用逻辑分析仪捕获的I2C波形显示：
起始条件：SCL为高电平时，SDA出现下降沿
设备地址：0x78（写模式）
数据传送：每个字节后跟随ACK位
停止条件：SCL为高电平时，SDA出现上升沿
6.2 通信数据格式
开始 → 设备地址(0x78) → 控制字节(0x00) → 显示数据 → 停止
6.3 调试方法
逻辑分析仪：直接捕获硬件I2C波形
软件模拟：使用GPIO模拟I2C便于调试
串口打印：输出调试信息验证通信状态
七、实验结果
7.1 显示效果
嵌入式2
7.2 性能指标
显示刷新率：约30fps
模式切换间隔：3秒
动画流畅度：良好
内存占用：优化合理
八、实验总结
8.1 技术要点
U8g2库移植：成功将U8g2库移植到STM32F103平台
I2C驱动：实现了稳定的硬件I2C通信
显示优化：通过页面刷新机制提高显示效率
动画实现：掌握了嵌入式系统中的动画编程技巧
8.2 遇到的问题及解决方案
问题：初始显示乱码
解决：检查I2C地址配置，确认使用0x78
问题：显示刷新闪烁
解决：使用u8g2的页面刷新机制，减少闪烁
问题：中文字符显示异常
解决：使用合适的字体或点阵显示中文
8.3 创新点
实现了多种显示模式的自动切换
结合了静态显示和动态动画效果
优化了显示性能，提高了用户体验
九、附录
9.1 源代码结构
Project/
├── Core/
│ ├── main.c
│ ├── stm32_u8g2.c
│ └── test.c
├── Drivers/
└── U8g2/
└── u8g2库文件
9.2 参考资料
STM32F103 Reference Manual
U8g2 Library Documentation
SSD1306 Datasheet
I2C Protocol Specification
感谢友情链接https://blog.csdn.net/black_sneak/article/details/126312657
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