2022年10月24日月曜日

SSD1306 OLEDをSTM32で動かす。 4iloライブラリ

Nucleo-F446REとNucleo-G431KBで4lioライブラリを使ってみました。4iloライブラリはI2C版のみの対応です。SPI版のSSD1306 OLEDを使用するには派生ライブラリのafiskonライブラリafiskon/stm32-ssd1306を使います。(次回予定)

以下の記事を参考にさせていただきました。


使用したSTM32CubeIDEのバージョン: 1.10.1

なお、久しぶりにSTM32CubeIDEを立ち上げると延々とUpdateがかかるので事前に一度起動してUpdateを完了させると良いと思います。ST-LinkのファームウェアのアップデートもあるのでLチカなども走らせましょう。

Nucleo-F446RE


Board SelecotorでNuckeo-F446REを指定してDefult Modeで初期化。

MXの設定


STM32CubeIDEでは「Device Configuration Tool」と呼ばれるもので、「.ioc」ファイルを開くとIDE内で起動します。STM32CubeMXと機能的にはほぼ同等なので、このBlogではMXと呼んでいます。STM32CubeMXを別途立ち上げる必要はありません。

Pinout & Configuration
  Connectivity
    I2C1
      Mode
        I2C: I2C
      Configuration
        Parameter Settings
          Master Features
            I2C Speed Mode: Standard Mode
        GPIO Settings
          PB8 I2C1_SCL
          PB9 I2C1_SDA

Parameter Settingsはデフォルトのまま、Standard Mode (100kHz)でOKです。Fast Mode(400kHz)でも動作します。

GPIO Settingsは右側のPinout図で設定すると左下のConfigurationペインに反映されます。ピン割当はArduinoヘッダのD14(PB8)、D15(PB9)に変更しました。

ハードウェアの準備


ブレッドボード配線図
SSD1306 F446RE Arduino Header
GND GND GND
VDD 3V3 3V3
SCK PB8 D15
SDA PB9 D14

ライブラリの準備


4ilo/ssd1306-stm32HALからZIPファイルをダウンロード（右上の「Code」-「Download ZIP」をクリック）して展開しておきます。
  • ssd1306.h
  • fonts.h
を「<Projectフォルダ>\Core\Inc\」に
  • ssd1306.c
  • fonts.c
を「<Projectフォルダ>\Core\Src\」にコピーします。IDEのProject ExplorerでProjectフォルダを右クリックし「Refresh」します。

ソースコード


MXでコード生成して、Core\Src\main.cに以下のコードを追加します。

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ssd1306.h"
#include "fonts.h"
/* USER CODE END Includes */

<略>

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // Init lcd using one of the stm32HAL i2c typedefs
  ssd1306_Init(&hi2c1);

  // Write data to local screenbuffer
  ssd1306_SetCursor(0, 36);
  ssd1306_WriteString("4ilo", Font_11x18, White);

  // Copy all data from local screenbuffer to the screen
  ssd1306_UpdateScreen(&hi2c1);
  /* USER CODE END 2 */

実行している様子

I2C信号波形


外部Pullupなし Fast Mode(400kHz)

C1:SDA C2:SCL

I2CのSCLとSDAは、SSD1306モジュール上でPullupされているので、外部Pullupしなくても動作します。

外部Pullup 10kΩ  Fast Mode(400kHz)

C1:SDA C2:SCL

外部Pullupすると信号波形がきれいになります。

外部Pullup 2.2kΩ  Fast Mode(400kHz)

C1:SDA C2:SCL

外部Pullupの抵抗値を小さくしても400kHzクロックではあまり変わりませんね。

Nucleo-G431KB


Board SelecotorでNuckeo-G431KBを指定して「Defult Mode」で初期化。

MXの設定


Pinout & Configuration
  Connectivity
    I2C1
      Mode
        I2C: I2C
      Configuration
        Parameter Settings
          I2C Speed Mode: Standard Mode
        GPIO Settings
          PA15: I2C1_SCL
          PB7:  I2C1_SDA

I2C Speed ModeはまずStandard Modeで動作確認し、Fast Mode、Fast Plus Modeに変更して動作確認しました。

ハードウェアの準備


ブレッドボード配線図
SSD1306 G431KB Arduino Header
GND GND GND
VDD 3V3 3V3
SCK PA15 D4
SDA PB9 D5

ライブラリの準備


Nucleo-F446REと同様にファイルをコピーします。

Core/Inc/fonts.h
Core/Inc/ssd1306.h
Core/Src/fonts.c
Core/Src/fonts.h

重要: STMG431KBを使うので、Core/Inc/ssd1306.hを以下のように変更します。

//#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "stm32g4xx_hal.h"

main.cへのソースコードの追加はNucleo-F446REの場合と同じです。

実行している様子

I2C Speed Mode


10kΩの外部Pullupした場合、Standard Mode、Fast Modeでは動作しましたが、Fast Mode Plusでは動作しませんでした。外部Pullupを2.2kΩに変更するとFast Mode Plusでも動作しました。

Standard Mode(100kHz) 外部Pullup 10kΩ 

C1:SDA C2:SCL

Fast Mode(400kHz) 外部Pullup 10kΩ 

C1:SDA C2:SCL

Fast Mode Plus(1000kHz) 外部Pullup 10kΩ 

C1:SDA C2:SCL

9bit目でACKされておらず(HIGHに引っ張りきれていない）、以降のI2C通信が失敗しています。

Fast Mode Plus(1000kHz) 外部Pullup 2.2kΩ 

C1:SDA C2:SCL

Pullup抵抗の抵抗値を小さくすると、ACKが認識されて正常に通信が行われています。

注）オシロ波形の下に周波数を表示させていますが、C1:SDAの値です。クロック周波数を知るためにはC2:SCLの値を表示させるべきでした。クロック周波数はC2(青色)の波形数と目盛りから概算できます。

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