STM32HAL 快速入门（二十四）：I2C 编程（一）—— 从 OLED 显示初识 I2C 协议

前言

大家好，这里是 Hello_Embed 。前面我们学习的 UART 是 "异步传输"------ 两台设备通过发送引脚（TX）、接收引脚（RX）和共地端互连，能同时发送和接收（全双工）。但嵌入式系统中还有很多其他传输协议，今天要讲的 I2C 就和 UART 有很大不同：它是 "半双工" 的，因为只有一条数据线（SDA），发送时不能接收，接收时不能发送；同时它只用三条线（时钟线 SCL、数据线 SDA、地线 GND），更重要的是 ------I2C 总线支持多设备连接，总线上可以同时接多个传感器、显示屏等，这是它的一大优势。

为了直观理解 I2C 协议的工作方式，我们以 OLED 显示屏为例（OLED 常用 I2C 通信），通过 "在 OLED 上显示字符" 的案例，一步步揭开 I2C 传输的面纱。

一、先看效果：OLED 显示字符串的代码与现象

之前我们用过 OLED 显示字符串，代码很简单，先初始化、清屏，再调用打印函数：

c 复制代码

int main(void)
{
    OLED_Init();// 初始化OLED显示屏
    OLED_Clear();// 清屏（清空屏幕显示内容）
    // 在x=0、y=3的位置打印字符串
    OLED_PrintString(0, 3, "Hello, embed!");
    // 在x=0、y=5的位置打印另一个字符串
    OLED_PrintString(0, 5, "Hello, world!");
    
    while (1)
    {
        /* 主循环无需额外操作，显示内容已固定 */
    }
}

烧录后屏幕显示正常，两行字符串清晰可见：

二、硬件框图：OLED 与 I2C 的连接逻辑

要理解 "为什么这段代码能让屏幕显示字符"，先看 OLED 的硬件结构：

右侧是 OLED 模块，核心由两部分组成：

屏幕面板：负责发光显示；
主控芯片 SSD1306 ：相当于 OLED 的 "大脑"，屏幕通过引脚与它连接，我们的程序其实是和 SSD1306 通信，而不是直接控制屏幕。
工作逻辑很简单：

我们的程序通过 I2C 协议向 SSD1306 发送数据（比如 "Hello, embed!" 的点阵）；
数据被存入 SSD1306 内部的 "显存"（一块专门存储显示数据的内存）；
SSD1306 会不断把显存中的数据刷新到屏幕上，于是我们就看到了字符。

三、程序流程：从 "打印字符串" 到 "I2C 传输" 的四层逻辑

上面的代码看似简单，背后其实经历了四层 "分工协作"，就像公司完成一个项目：

1. 应用程序："老板"------ 明确需求

对应 main.c 中的代码，是整个流程的起点，明确 "要显示什么内容、在哪里显示"：

c 复制代码

OLED_PrintString(0, 3, "Hello, embed!");
OLED_PrintString(0, 5, "Hello, world!");

这里的 0 是 x 坐标（横向位置），3 和 5 是 y 坐标（纵向位置），字符串就是要显示的内容 ------ 这一步只提需求，不关心 "如何显示"。

2. 库函数："高管"------ 拆解任务

应用程序提了需求，接下来由 OLED_PrintString 函数（库函数）把任务拆解：字符串是由多个字符组成的，所以需要逐个字符处理。

跳转到 OLED_PrintString 的定义看看：

c 复制代码

int OLED_PrintString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)
{   
    int i = 0;
    // 循环取出字符串中的每个字符（直到遇到结束符'\0'）
    while (str[i])
    {
        // 调用OLED_PutChar显示单个字符
        OLED_PutChar(x, y, str[i]);
        x++;  // 每个字符占1个x位置，所以x坐标+1
        
        // 如果x超过屏幕最大横向位置（15），就换行（y+2），x重置为0
        if(x > 15)
        {
            x  = 0;
            y += 2;
        }
                
        i++;
    }
    return i;  // 返回打印的字符总数
}

这个函数的作用很明确：把字符串拆成单个字符（比如把 "Hello" 拆成 'H'、'e'、'l'、'l'、'o'），然后调用 OLED_PutChar 函数逐个显示 ------ 相当于 "高管" 把大任务拆成小任务，分给具体的执行者。

3. SSD1306 驱动："开发"------ 执行具体操作

OLED_PutChar 函数是真正处理 "如何显示单个字符" 的，它需要：

确定字符在屏幕上的位置（通过 x、y 计算）；
取出字符对应的点阵数据（字符由点阵组成，比如 'A' 是 8x16 的点阵）；
把点阵数据发送给 SSD1306 芯片。
看 OLED_PutChar 的代码：

c 复制代码

void OLED_PutChar(uint8_t x, uint8_t y, char c)
{
    uint8_t page = y;  // y坐标对应SSD1306的"页"（纵向位置单位）
    uint8_t col  = x*8;  // x坐标对应"列"（横向位置单位，每个字符占8列）
    
    // 检查坐标是否超出屏幕范围（超出则不显示）
    if (y > 7 || x > 15)
        return;
    
    // 第一步：设置显存地址（告诉SSD1306：接下来的数据要存在哪个位置）
    OLED_SetPosition(page, col);
    // 第二步：发送字符上半部分的8个字节点阵
    OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&ascii_font[c][0], 8);
    
    // 同理，设置下一页地址，发送字符下半部分的8个字节点阵
    OLED_SetPosition(page + 1, col);
    OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&ascii_font[c][8], 8);
}

关键在这两句：

OLED_SetPosition：设置 SSD1306 显存的地址（就像告诉快递员 "东西要放在哪个货架"）；
OLED_WriteNBytes：发送字符的点阵数据（ascii_font 是存储所有 ASCII 字符点阵的数组，比如 ascii_font['A'] 就是 'A' 的点阵）。
这一步完全遵循 SSD1306 芯片手册的要求：必须先设置地址，再发送数据，且每个字符的 16 个点阵字节要分两次发送（每次 8 字节）。

4. I2C 控制器驱动（HAL 库）："跑腿"------ 物理层传输

OLED_WriteNBytes 函数最终会调用 STM32 的 I2C 控制器，通过硬件引脚（SCL、SDA）把数据真正发送出去。这一步由 HAL 库的 I2C 函数（比如 HAL_I2C_Master_Transmit）完成，相当于 "跑腿的"，负责把数据从 STM32 传到 SSD1306。

结尾

今天我们从 "OLED 显示字符" 这个案例入手，从上到下梳理了 I2C 协议的应用流程：应用程序提需求→库函数拆任务→SSD1306 驱动做具体配置→I2C 控制器完成物理传输。

下一篇我们会反过来，从下往上深入：先了解 I2C 协议的底层时序（SCL 和 SDA 线上的高低电平变化规律），再学习 STM32 的 I2C 控制器如何配置，最终理解 "点阵数据是如何通过两条线（SCL、SDA）从 STM32 传到 SSD1306 的"。
Hello_Embed 继续带你从现象到本质，吃透 I2C 协议，敬请期待～