嵌入式开发-STM32硬件I2C驱动OLED屏

嵌入式开发-STM32硬件I2C驱动OLED屏

I2C简介

I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件．在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

STM32的I2C

坊间流传STM32的硬件I2C很容易死机，所以不能使用硬件I2C，正点原子也在教程中强调了这一点。个人猜想由于Philips拥有专利，而ST为了绕开专利，而将硬件I2C弄得异常复杂（从相关的寄存器数量及设置可见一斑），造成硬件I2C很是难用，也容易出现异常死机。

今天我就来挑战一下。尝试使用STM32F103C8T6用硬件I2C的方式来驱动OLED屏。

MCU与OLED的硬件连接

都是常规设置不啰嗦：开启外部时钟，开启SWD调试接口，开启I2C2，配置默认即可，LED可用可不用。

OLED驱动函数

这个是参照正点原子的软件驱动I2C例程修改的，将其中的软件驱动IO口电平的相关代码改为HAL_I2C_Mem_Write（）函数来驱动。

GRAM的定义

有一个问题，正点原子的代码中，GRAM的定义有点问题，如下：

OLED_GRAM[144][8];	//行定义是Y值，列定义是X值
1

144是X的值，8是Y的值，符合常规，没有问题。
OLED的驱动时，是要求连续发送X的值，一行发完再发一行，正点原子的代码中也是这样做的，他不是按数组的行来取的，而是按数组的列来取值，对于软件I2C来说没有问题。
但是通过HAL_I2C_Mem_Write（）函数连续发送数据时，其发送过程是提供数组首地址，然后地址自增，也就是先发送Y的那8个数据，再连续发送整列，因为数组就是这样配置的，这样就不能用。
于是将X和Y的定义换一下，成下面这样

OLED_GRAM[8] [144];  //行定义改为X值，列定义改为Y值
1

这样再使用HAL_I2C_Mem_Write（）函数连续发送数据时，就正常了。

当然，画点画线写字符等所有相关函数都要做配合性的修改，这里不再一一列出，需要的可以下载完整的工程文档，文末有链接。

显示内容

显示的内容很简单，就是交替显示2行字符，这样如果程序死机的话画面就肯定不动了

人为模拟干扰

将SCL和SDA两根线经由120欧电阻引出，经过120欧电阻可以对该引脚强制拉高或拉低，方便测试。然后分别对地进行触碰，和互相碰触，绝对不可以直接焊线引出然后直接碰触，否则会由于电源对地短路烧电源。
可以发现一旦强制拉低，画面立刻不再切换显示，或者直接黑屏，这取决于卡死点的程序运行位置。
但是此时程序仍然在正常运行，可以打断点和跟踪调试，于是判断故障为刚才的强制拉低导致OLED屏幕运行错乱。

修改代码

检查代码发现，是下面这个语句出了问题

void oled_write_onebyte(u8 data, u8 cmd)
{
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 1000);
}


void oled_write_bytes(u8* data, u8 len, u8 cmd)
{
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, cmd, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 1000);
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

也就是说，在STM32往OLED寄存器中写入数据时，由于人为操作导致数据异常，OLED内部寄存器参数乱了，导致工作不正常。
针对性的解决方法也是简单粗暴，将OLED重新初始化，并重新上电，改代码如下：

void oled_write_onebyte(u8 data, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(10);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}

void oled_write_bytes(u8* data, u8 len, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, cmd, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(10);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

重复人为模拟干扰

发现显示仍然没有正常，检查发现程序在I2C_RequestMemoryWrite（）这个函数出了问题，简单粗暴的直接把I2C再来一次初始化搞定。

void oled_write_onebyte(u8 data, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    MX_I2C2_Init();
    oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(10);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}

void oled_write_bytes(u8* data, u8 len, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, cmd, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    MX_I2C2_Init();
    oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(10);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

著名的HardFault_Handler错误

此时程序工作基本正常，可以从故障中恢复，但长时间维持人为异常状态（十多秒）后，仍有小几率卡死，程序会跳转到HardFault_Handler，这个排查起来花了点时间，最后发现是
堆栈溢出，见下图：

注意看箭头所指的这个拖动条，oled_init和oled_write_onebyte这两个函数已经重复了N次，继续下去肯定是堆栈溢出跑不了的。
这个问题是由于在oled_init函数中调用了oled_write_onebyte这个函数，而在这个函数运行时，如果仍然处于故障状态的话，就又会调用oled_init，如此便会形成嵌套，嵌套多了就会导致堆栈溢出。
解决起来还是简单粗暴，加延时。
你不是时间长了，重复次数多，导致堆栈溢出么，我给你加延时，让你在几十分钟内跑不了那么多次不就行了。
当然这个搞法治标不治本，但是谁没事把个OLED屏幕短路那么久。如果哪位有更好的解决思路，请在下方留言讨论。

void oled_write_onebyte(u8 data, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    MX_I2C2_Init();
HAL_Delay(100);
oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(100);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}

void oled_write_bytes(u8* data, u8 len, u8 cmd)
{
  u32 ret;
  ret = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, OLED_ADDR, cmd, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, 1000);
  if(ret!=0)
  {
    MX_I2C2_Init();
    HAL_Delay(100);
    oled_init();
    OLED_DisPlay_Off();
    HAL_Delay(100);
    OLED_DisPlay_On();
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

至此故障解决。
咦，传说中的I2C不好用的问题在哪里呀？出了问题复位重来不就行了么？ST这么大的公司，如果连个I2C都做得不能用的话，他的片子还能卖得这么火么？可能做到每年几百亿的销售额么？
所以不要人云亦云，有问题还是自己过一遍，尝试一下也许就自己解决了。

完整工程链接

完整工程，包括CubeMX工程，Keil工程，链接如下：嵌入式开发-STM32硬件I2C驱动OLED屏