GD32L233C-START评测——04.模拟IIC与硬件IIC驱动OLED对比

wadeRen

GD32L233C-START评测——04.模拟IIC与硬件IIC驱动OLED对比 [复制链接]

<i class="pstatus"> 本帖最后由 wadeRen 于 2022-1-27 10:37 编辑 </i>

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[GD32L233C-START评测——01.开箱、开发包](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192154-1-1.html "GD32L233C-START评测——01.开箱、开发包")
[GD32L233C-START评测——02_1.搭建开发环境、简单调试](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192468-1-1.html "GD32L233C-START评测——02_1.搭建开发环境、简单调试")
[GD32L233C-START评测——02_2.搭建开发环境、简单调试](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192590-1-1.html "GD32L233C-START评测——02_2.搭建开发环境、简单调试")
[GD32L233C-START评测——03_1.CoreMark测试、RT-Thread-Nano移植](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192720-1-1.html "GD32L233C-START评测——03_1.CoreMark测试、RT-Thread-Nano移植")
[GD32L233C-START评测——03_2.CoreMark测试、RT-Thread-Nano移植](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192961-1-1.html "GD32L233C-START评测——03_2.CoreMark测试、RT-Thread-Nano移植")

# 前言

- 这篇分别使用硬件IIC、模拟IIC方式驱动1.3寸OLED屏幕，并对比了其速度。

- 本篇部分代码参考了[【GD32L233C-START评测】6、硬件I2C驱动0.96吋OLED](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192917-1-1.html "【GD32L233C-START评测】6、硬件I2C驱动0.96吋OLED")

- 本篇产生的原因之一是”好奇“。

# 1、 IIC简介

IIC的官方介绍我就不抄袭了，大家都知道的。只说32系列单片机的IIC外设实现。

相信大家都听过，“STM32的单片机硬件IIC不好用，配置太麻烦”、“STM32的单片机硬件IIC有BUG”等等类似的言论，反正就是把它描述的又怪又讨厌。导致用GD32单片机的时候也会有这样的担心（我就是这样的，有了“硬件IIC不好用“这样先入为主的概念），但同时也会怀疑，是这样吗？

我没有使用过GD32单片机的硬件IIC，涉及到IIC通信应用最多的就是OLED驱动、SHT30传感器通信、MPU6050通信还有EEPROM读写这些，买到的模块厂家提供的例程基本给的都是模拟IIC。（包括本篇的OLED模块，厂家给的例程就是模拟IIC实现的）。在项目中使用就没有那么多时间研究，所以拖到现在。现在正好趁参加评测这个机会解决这个困扰。

下面将主要分三部分分别简述IIC驱动OLED显示，包括：**模拟IIC实现**、**硬件IIC实现**、**两者对比**。

# 2、 试验内容说明

目标：**OLED屏显示不同内容，显示时串口打印当前显示内容。**

OLED介绍：1.3寸白色OLED；驱动芯片为SH1106；分辨率128x64。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586233" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586233&handlekey=savephoto_586233">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

硬件平台：GD32L233C-START开发板。

连接引脚：模拟IIC：GPIO引脚(PB8、PB9)；硬件IIC：IIC1(PB8、PB9)。

模式说明：因为OLED仅需接收MCU给其的显示数据，无需返回数据给MCU，所以我们仅需实现IIC为**主机发送**即可。

# 3、 模拟IIC实现

我们知道模拟IIC即为配置两个`推挽输出、上拉`的GPIO引脚(仅针对主机发送模式)，通过`输出高电平或输出低电平`的方式来模拟IIC总线通信时序，从而实现IIC通信的。

>(OLED屏幕官方给出的例程即为模拟IIC实现的。)

贴出其模拟IIC时序的关键代码：

1.开启

```c
void IIC_Start(void)
{
  OLED_SCL_SET();  //置1
  OLED_SDA_SET();
  OLED_SDA_CLR();  //置0
  OLED_SCL_CLR();
}
```

2.停止

```c
void IIC_Stop(void)
{
  OLED_SCL_SET();
  OLED_SDA_CLR();
  OLED_SDA_SET();
}
```

3.等待应答

```c
void IIC_Wait_Ack(void)
{
  OLED_SCL_SET();
  OLED_SCL_CLR();
}
```

4.IIC写命令

```c
void Write_IIC_Command(u8 IIC_Command)
{
  IIC_Start();
  Write_IIC_Byte(IIC_SLAVE_ADDR);    //Slave address,SA0=0
  IIC_Wait_Ack();    
  Write_IIC_Byte(0x00);            //write command
  IIC_Wait_Ack();    
  Write_IIC_Byte(IIC_Command); 
  IIC_Wait_Ack();    
  IIC_Stop();
}
```

5.IIC写数据

```c
void Write_IIC_Data(u8 IIC_Data)
{
  IIC_Start();
  Write_IIC_Byte(IIC_SLAVE_ADDR);            //D/C#=0; R/W#=0
  IIC_Wait_Ack();    
  Write_IIC_Byte(0x40);            //write data
  IIC_Wait_Ack();    
  Write_IIC_Byte(IIC_Data);
  IIC_Wait_Ack();    
}
```

> 此部分非重点，不占用过多篇幅。

# 4、 硬件IIC实现

> 本节的部分代码参考自[【GD32L233C-START评测】6、硬件I2C驱动0.96吋OLED](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192917-1-1.html "【GD32L233C-START评测】6、硬件I2C驱动0.96吋OLED")

## 4.1 硬件IIC初始化

官方给出的主机初始化流程：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586234" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586234&handlekey=savephoto_586234">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L23x_yonghushouce_Rev1.0.pdf》——P450.

依据流程图的代码实现为：

```c
void OLED_Init_GPIO(void)
{
  rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    
  rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C1);
    
  /* connect PB10 to I2C1_SCL */
  gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_8, GPIO_PIN_8);
  /* connect PB11 to I2C1_SDA */
  gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_8, GPIO_PIN_9);
 
  /* configure hard IIC GPIO SCL */
  gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_8);
  gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
    
  /* configure hard IIC GPIO SDA */
  gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9);
  gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);
    
  /* configure I2C timing */
  i2c_timing_config(I2C1, 0x1, 0x2, 0x1);

i2c_master_clock_config(I2C1, 0x01, 0x01);
    
  i2c_master_addressing(I2C1, IIC_SLAVE_ADDR, I2C_MASTER_TRANSMIT);
    
  i2c_transfer_byte_number_config(I2C1, 2);
    
  /* enable I2C1 */
  i2c_enable(I2C1);
}
```
**此处有两个比较关键的点。**

1.**引脚映射设置**，起初查看此函数`void gpio_af_set(uint32_t gpio_periph, uint32_t alt_func_num, uint32_t pin)`的说明，如下图红框所示：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586235" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586235&handlekey=savephoto_586235">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

所以一直在使用`GPIO_AF_4`，所以当然不能正常使用，着急的很，一遍一遍的翻看用户手册，翻到了这里**Table 2-8. Port B alternate functions summary**，

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586236" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586236&handlekey=savephoto_586236">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L233xx_Datasheet_Rev1.0.pdf》——P33.

(咱就是说，能不能搞的稍微明显一些嘞~)

:Onion-20:哈哈，我这头笨猪~

把`GPIO_AF_4`改为`GPIO_AF_8`后，初始化正常完成。

2.**配置时序和SCL时钟周期**，此处参考自`EVEL全功能板`的例程，做了改动。函数说明如下图：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586237" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586237&handlekey=savephoto_586237">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L23x_shiyongzhinan_Rev1.0.pdf》——P232.

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586238" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586238&handlekey=savephoto_586238">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L23x_shiyongzhinan_Rev1.0.pdf》——P235.

**这里@一下官方，请看下图：**

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586240" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586240&handlekey=savephoto_586240">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L23x_shiyongzhinan_Rev1.0.pdf》——P230.

> 多少有点指鹿为马~

## 4.2 IIC主机发送

官方给出的主机发送流程：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586241" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586241&handlekey=savephoto_586241">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 图片截取自《GD32L23x_yonghushouce_Rev1.0.pdf》——P451.

> 此处的流程与其它系列单片机的流程有些许差别。

依据流程图的代码实现为：

1.IIC写命令

```c
void Write_IIC_Command(u8 IIC_Command)
{ 
  /* send a start condition to I2C bus */
  i2c_start_on_bus(I2C1);
     
  /* clear I2C_TDATA register */
  I2C_STAT(I2C1) |= I2C_STAT_TBE;
     
  /* wait until the transmit data buffer is empty */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TBE));
     
  i2c_data_transmit(I2C1, 0x00);
     
  /* wait until TI bit is set */
  while(SET != i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TI));
 
  i2c_data_transmit(I2C1, IIC_Command);
     
  while(SET != i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TI));
     
  /* wait until TI bit is set */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TC));
     
  i2c_stop_on_bus(I2C1);
   
  /* wait until stop condition generate */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_STPDET));
  /* clear the STPDET bit */
  i2c_flag_clear(I2C1, I2C_FLAG_STPDET);
}
```

2.IIC写数据

```c
void Write_IIC_Data(u8 IIC_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);
     
  /* clear I2C_TDATA register */
  I2C_STAT(I2C1) |= I2C_STAT_TBE;
     
  /* wait until the transmit data buffer is empty */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TBE));
     
  i2c_data_transmit(I2C1, 0x40);
     
  /* wait until TI bit is set */
  while(SET != i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TI));
 
  i2c_data_transmit(I2C1, IIC_Data);
     
  while(SET != i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TI));
     
  /* wait until TI bit is set */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_TC));
     
  i2c_stop_on_bus(I2C1);
   
  /* wait until stop condition generate */
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_FLAG_STPDET));
  /* clear the STPDET bit */
  i2c_flag_clear(I2C1, I2C_FLAG_STPDET);
}
```

# 5、 OK，介绍完了，实现的效果如下。

OLED依次显示：

1.EEWORLD-LOGO

2.GD-LOGO

3.电子工程世界

4.兆易创新

并在显示时通过串口打印当前显示的内容。

> 演示视频中加快了图片切换的速度，实际代码中每个显示间隔为3S。
> (原谅我用的两个LOGO像素垃圾，我是截图来的，分辨率太低了)

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586242" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586242&handlekey=savephoto_586242">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586243" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586243&handlekey=savephoto_586243">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 6. 对比

对比的目的是对比模拟IIC和硬件IIC速度。

做的试验及说明如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586244" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586244&handlekey=savephoto_586244">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

打印时间及差值统计如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_586245" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=586245&handlekey=savephoto_586245">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

> 此处的硬件IIC3将SCL高低电平时间与数据建立时间改到了能正常运行的最短时间。

**可以看到最终实现了硬件IIC3时间差值与软件IIC时间差值相差无几。**:Onion-28:

# 7. 疑问

1.以上的测试严谨吗？有没有什么不妥的地方？
2.此处的硬件IIC与模拟IIC相同，都是在发送数据后阻塞等待标志位置位或等待应答。那所谓的"**硬件IIC效率高**“体现在哪里，应该怎么实现？
3.当前的硬件IIC需要设置时钟频率吗？怎么设置？当前IIC1默认的时钟频率是多大呢？（根据时钟树、RCU寄存器说明，找到了I2C时钟设置的寄存器位以及设置函数，但未找到设置该位和调用该函数的位置）

# 结语

- 外设IIC驱动OLED显示的内容写到这里（其实是软硬件对比，或者说单纯的硬件问题），但以上的疑问请各位路过的同学指点一二，我这厢有礼了~:Onion-93:

- 以上内容若有错误，请不吝赐教。

- **本次测试虽然还有很多未解决的问题，但最起码有一点可以证明，就是硬件IIC也可以用的。**

- 下节继续测试MCU的外设。

> 另：附件上传工程源码。附件说明如下：
>
> **10-GD32L233CCT6-Test.zip**： 模拟IIC驱动OLED。
>
> **11-GD32L233CCT6-Test.zip**： 硬件IIC驱动OLED。（部分代码参考另一位评测者，前文已附链接）
>
> **12-GD32L233CCT6-Test.zip**： 硬件IIC驱动OLED，更改判断标志位TI，更改SCL时间和数据建立时间，实现与模拟IIC速度不相上下。