使用MicroPython的I2C总线通讯编程和OLED显示屏的使用

冬至子 2023-11-08 3090

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描述

I2C总线简介

在介绍OLED显示屏之前，我们先来了解一下I2C总线。I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接微控制器和其他外围设备。它采用两根线进行通信：数据线SDA和时钟线SCL。通过I2C总线，我们可以实现多个设备之间的通信和控制。但是要注意每个I2C设定的地址应该是唯一的。

OLED显示屏简介

OLED（Organic Light Emitting Diode）是一种有机发光二极管技术，具有自发光、高对比度、低功耗等特点。相比于传统的LCD显示屏，OLED显示屏更轻薄、更省电，并且可以实现更高的分辨率和更快的刷新率。在本章节中，我们将使用I2C接口连接ESP32和OLED显示屏，实现信息的显示和控制。

简单来说，与传统液晶显示屏相比，LED显示屏的像素材料由发光二极管组成。由于像素密度不高，早期LED显示屏主要用于户外广告牌等场合。然而，随着技术的不断成熟，LED显示屏的集成度越来越高，现在即使是小尺寸的屏幕也能够实现较高的分辨率。

注意市场上的OLED屏有SPI,I2C等不同接口的，选用的时候注意。

材料准备

1.ESP32-S3开发板
2.I2C 0.96" OLED 屏
3.面包线若干

连接电路

I2C总线

编写代码

I2C总线

代码简说

上述代码中 OLED 的 I2C 地址是 0x3C,不同厂家的产品地址可能预设不一样，具体参考厂家的说明书。或者也可以通过 I2C.scan()来获取设备地址。sda和scl的引脚请根据你实际的连接来修改。

I2C构造函数

i2c = machine.I2C(scl,sda) 构建 I2C 对象。scl:时钟引脚；sda:数据引脚。

使用方法

*i2c.scan() 扫描 I2C 总线的设备。返回地址，如：0x3c；当你不确定你的I2C设备地址时这个函数能告诉你
*i2c.readfrom(addr,nbytes) 从指定地址读数据。addr:指定设备地址；nbytes:读取字节数
*i2c.write(buf) 写数据，buf:数据内容

OLED构造函数

在程序中我们直接引用已经写好的ssd1306.py的oled库函数，只需要copy到控制板中引用就可以了。人生苦短，我们学会调用函数即可，初学者无需重复造轮子

*oled = SSD1306_I2C(width, height, i2c, addr) 构 OLED 显示屏对象。width:屏幕宽像素；height: 屏幕高像素；i2c:定义好的I2C 对象; addr:显示屏设备地址
*oled.text(string,x,y) 将 string 字符写在指定为位置。string：字符；x:横坐标；y:纵坐标
*oled.show() 执行显示
*oled.fill(RGB) 清屏。RGB：0 表示黑色，1 表示白色

以下是ssd1306.py文件的内容：

from micropython import constimport framebuf

# register definitionsSET_CONTRAST        = const(0x81)SET_ENTIRE_ON       = const(0xa4)SET_NORM_INV        = const(0xa6)SET_DISP            = const(0xae)SET_MEM_ADDR        = const(0x20)SET_COL_ADDR        = const(0x21)SET_PAGE_ADDR       = const(0x22)SET_DISP_START_LINE = const(0x40)SET_SEG_REMAP       = const(0xa0)SET_MUX_RATIO       = const(0xa8)SET_COM_OUT_DIR     = const(0xc0)SET_DISP_OFFSET     = const(0xd3)SET_COM_PIN_CFG     = const(0xda)SET_DISP_CLK_DIV    = const(0xd5)SET_PRECHARGE       = const(0xd9)SET_VCOM_DESEL      = const(0xdb)SET_CHARGE_PUMP     = const(0x8d)
# Subclassing FrameBuffer provides support for graphics primitives# http://docs.micropython.org/en/latest/pyboard/library/framebuf.htmlclass SSD1306(framebuf.FrameBuffer):    def __init__(self, width, height, external_vcc):        self.width = width        self.height = height        self.external_vcc = external_vcc        self.pages = self.height // 8        self.buffer = bytearray(self.pages * self.width)        super().__init__(self.buffer, self.width, self.height, framebuf.MONO_VLSB)        self.init_display()
    def init_display(self):        for cmd in (            SET_DISP | 0x00, # off            # address setting            SET_MEM_ADDR, 0x00, # horizontal            # resolution and layout            SET_DISP_START_LINE | 0x00,            SET_SEG_REMAP | 0x01, # column addr 127 mapped to SEG0            SET_MUX_RATIO, self.height - 1,            SET_COM_OUT_DIR | 0x08, # scan from COM[N] to COM0            SET_DISP_OFFSET, 0x00,            SET_COM_PIN_CFG, 0x02 if self.height == 32 else 0x12,            # timing and driving scheme            SET_DISP_CLK_DIV, 0x80,            SET_PRECHARGE, 0x22 if self.external_vcc else 0xf1,            SET_VCOM_DESEL, 0x30, # 0.83*Vcc            # display            SET_CONTRAST, 0xff, # maximum            SET_ENTIRE_ON, # output follows RAM contents            SET_NORM_INV, # not inverted            # charge pump            SET_CHARGE_PUMP, 0x10 if self.external_vcc else 0x14,            SET_DISP | 0x01): # on            self.write_cmd(cmd)        self.fill(0)        self.show()
    def poweroff(self):        self.write_cmd(SET_DISP | 0x00)
    def poweron(self):        self.write_cmd(SET_DISP | 0x01)
    def contrast(self, contrast):        self.write_cmd(SET_CONTRAST)        self.write_cmd(contrast)
    def invert(self, invert):        self.write_cmd(SET_NORM_INV | (invert & 1))
    def show(self):        x0 = 0        x1 = self.width - 1        if self.width == 64:            # displays with width of 64 pixels are shifted by 32            x0 += 32            x1 += 32        self.write_cmd(SET_COL_ADDR)        self.write_cmd(x0)        self.write_cmd(x1)        self.write_cmd(SET_PAGE_ADDR)        self.write_cmd(0)        self.write_cmd(self.pages - 1)        self.write_data(self.buffer)

class SSD1306_I2C(SSD1306):    def __init__(self, width, height, i2c, addr=0x3c, external_vcc=False):        self.i2c = i2c        self.addr = addr        self.temp = bytearray(2)        super().__init__(width, height, external_vcc)
    def write_cmd(self, cmd):        self.temp[0] = 0x80 # Co=1, D/C#=0        self.temp[1] = cmd        self.i2c.writeto(self.addr, self.temp)
    def write_data(self, buf):        self.temp[0] = self.addr < < 1        self.temp[1] = 0x40 # Co=0, D/C#=1        self.i2c.start()        self.i2c.write(self.temp)        self.i2c.write(buf)        self.i2c.stop()

class SSD1306_SPI(SSD1306):    def __init__(self, width, height, spi, dc, res, cs, external_vcc=False):        self.rate = 10 * 1024 * 1024        dc.init(dc.OUT, value=0)        res.init(res.OUT, value=0)        cs.init(cs.OUT, value=1)        self.spi = spi        self.dc = dc        self.res = res        self.cs = cs        import time        self.res(1)        time.sleep_ms(1)        self.res(0)        time.sleep_ms(10)        self.res(1)        super().__init__(width, height, external_vcc)
    def write_cmd(self, cmd):        self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)        self.cs(1)        self.dc(0)        self.cs(0)        self.spi.write(bytearray([cmd]))        self.cs(1)
    def write_data(self, buf):        self.spi.init(baudrate=self.rate, polarity=0, phase=0)        self.cs(1)        self.dc(1)        self.cs(0)        self.spi.write(buf)        self.cs(1)

运行程序

请注意将ssd1306.py上传到控制板中，运行后就可以在oled上看到你写入的字符串。

总结

通过学习驱动OLED显示屏，我们不仅能够快速解决问题，还能够提高实验的可观性。在以往的开发过程中，如果我们从零开始使用单片机进行开发，我们需要了解I2C总线原理、阅读OLED显示屏的使用手册，并编写I2C代码。即使对于有经验的嵌入式工程师来说，这可能需要花费几天的时间。但是现在，有了强大的底层驱动代码支持，我们可以在半小时内解决问题。当然，前提是已经有人为我们搭建好了桥梁。

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