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RVMCU课堂「14」: 手把手教你玩转RVSTAR—I²C总线通信篇

发表于 2021-05-07 11:18:02
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​上期内容讲解了UART串口通信的应用方法,本期内容的主角是另一种嵌入式系统中常用的通信协议——I²C(Inter-Integrated Circuit)。本期内容将带领大家使用RV-STAR开发板来控制OLED液晶屏显示不同的字符和图像,从而初步了解C总线通信的应用方法。


系统环境

Windows 10-64bit


软件平台

NucleiStudio IDE 202102版或PlatformIO IDE


硬件需求

RV-STAR开发板、

0.96英寸OLED显示屏(I2C接口)







I²C协议介绍

I²C是由NXP(原PHILIPS)公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围芯片,目前已成为一种行业标准,在微控制器设计中被大量采用,在RV-STAR所使用的GD32VF103微控制器上也集成了C接口。

C总线的主要特点是接线简单,硬件上只需两条线,一根SCL时钟线用于收发双方的时钟节拍,一根SDA数据线负责传输数据,因此C是一种同步通信。

C可以挂载多个参与通信的器件,即多机模式,且任何一个器件都可以作为主机,在多数情况下由微控制器作为主机,在本次的实验中也是如此。



C的数据传输流程和UART具有相似之处,包括起始信号、数据传输和停止信号,其中和UART不同的地方在于,数据传输的字节数没有限制,可以一次传输很多个字节,每个字节后跟有一个应答位(即ACK),有点类似于UART的停止位。

C在应用时,在发送了起始信号(Start)后,要先发送一个7位的从机地址,紧跟着的第8位是数据方向位(R/W),“0”表示接下来要发送数据,“1”表示接下来要读数据。当发送完这个8个位后,如果发送的地址有设备存在,这个设备应该回复一个ACK(拉低SDA,输出“0”),这样才会继续进行通信流程。






OLED液晶屏介绍

OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)因为具备轻薄、省电、显示效果好等特性,被广泛应用手机、音乐播放器等电子设备中。



本次实验用到的OLED液晶屏参数如下:

尺寸0.96英寸
分辨率128*64
可视角度大于160°
功耗0.06w
供电范围3.3v~5v
工作温度-30℃~70℃
体积27mm*27mm*2mm
亮度可通过指令控制
驱动芯片SSD1306
接口I2C






GD32VF103的C接口

GD32VF103I²C(内部集成电路总线)模块提供了符合工业标准的两线串行制接口,可用于MCU和外部C设备的通讯。C总线使用两条串行线串行数据线SDA和串行时钟线SCLC接口模块实现了C协议的标速模式(最高100KHz)和快速模式(最高400KHz),具备CRC计算校验功能,支持SMBus(系统管理总线)和 PMBus(电源管理总线)。此外还支持多主机C总线架构。C接口模块也支持DMA模式,可有效减轻CPU的负担。 



更详细内容请参考《GD32VF103用户手册》







实验部分

首先需要将RV-STAR开发板OLED显示屏参照下图使用杜邦线进行连线:



然后在IDE中进行代码编写,在使用C接口的时候,首先要对其进行初始化:先使能外设时钟,然后将SDA、SCL两个引脚配置为开漏模式,之后需要依次设置C的时钟速率、地址,然后使能C和ACK。其相关代码如下:

void I2C_Configuration(void)
{
    uint32_t GPIO_SDA, GPIO_SCL;
    uint32_t GPIO_PIN_SDA, GPIO_PIN_SCL;

    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C1);

    GPIO_SDA = GPIOB;
    GPIO_PIN_SDA = GPIO_PIN_11;
    GPIO_SCL = GPIOB;
    GPIO_PIN_SCL = GPIO_PIN_10;

    gpio_init(GPIO_SCL, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_SCL);
    gpio_init(GPIO_SDA, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_SDA);

    i2c_clock_config(I2C1, 400000, I2C_DTCY_2);
    i2c_mode_addr_config(I2C1, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, 0x30);
    i2c_enable(I2C1);
    i2c_ack_config(I2C1, I2C_ACK_ENABLE);
}


在本次实验中,由于使用的是“主发从收”模式,RV-STAR开发板作为主机,通过向OLED屏幕发送指令和数据,从而控制OLED屏幕显示不同的字符和图像,所以除初始化C外设的函数外,接下来需要实现一个让主机向从机发送字节的函数,其代码和注释如下:


void I2C_WriteByte(uint8_t addr, uint8_t data)
{
    /* wait until I2C bus is idle */
    while(i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_I2CBSY));

    /* send a start condition to I2C bus */
    i2c_start_on_bus(I2C1);
    /* wait until SBSEND bit is set */
    while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_SBSEND));

    /* send slave address to I2C bus*/
    i2c_master_addressing(I2C1, 0x78, I2C_TRANSMITTER);
    /* wait until ADDSEND bit is set*/
    while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_ADDSEND));
    /* clear ADDSEND bit */
    i2c_flag_clear(I2C1, I2C_FLAG_ADDSEND);

    /* send a addr byte */
    i2c_data_transmit(I2C1, addr);
    /* wait until the transmission data register is empty*/
    while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TBE));

    /* send a data byte */
    i2c_data_transmit(I2C1, data);
    /* wait until the transmission data register is empty*/
    while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TBE));

    /* send a stop condition to I2C bus*/
    i2c_stop_on_bus(I2C1);
    /* wait until stop condition generate */
    while(I2C_CTL0(I2C1)&0x0200);
}

发送字节的过程在代码中配有详细注释(其中OLED屏幕的C地址默认为0x78),在实现了C的初始化和字节发送功能后,OLED的具体控制实现起来就相当容易了,其相关接口和函数的说明在代码中都进行了注释,这里不进行赘述,大家可以通过阅读项目源代码进行了解。

完整代码请参考

https://github.com/Nuclei-Software/nuclei-board-labs/tree/master/rvstar/i2c/i2c_oled_screen

实验现象参考以下动图




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