2022年10月27日木曜日

SSD1306 OLEDをSTM32で動かす。 afiskonライブラリ

afiskonライブラリafiskon/stm32-ssd1306はSSD1306は4iloライブラリからforkされたものの様で、SSD1306 OLEDのI2C版とSPI版に対応しています。

Nucleo-F446REとNucleo-G431KBで動作確認しました。

以下の記事を参考にさせていただきました。

「afiskon」さん(本家) https://github.com/afiskon/stm32-ssd1306
「hacksOnTable」さん 「STM32 OLED TUTORIAL(Youtube)」

HALを使ったプログラミングはSTM32CubeIDEの登場でかなり便利になりましたが、MPUのシリーズによって特徴があり、設定やプログラミングが方法がそれぞれ少しずつ異なります。冗長になりますが、Nucleo-F446REとNucleo-G431GBで、SSD1306のI2C版とSPI版の使い方を説明します。

STM32CubeIDEのバージョン: 1.10.1

I2C版 Nucleo-F446RE


Board SelecotorでNuckeo-F446RE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
          Master Features
            I2C Speed Mode: Standard Mode
        GPIO Settings
          PB8 I2C1_SCL
          PB9 I2C1_SDA

afiskonライブラリではデフォルトでI2C1を使う設定になっています。I2C2やI2C3などを使う場合は「ssd1306_conf_template.h」を適宜書き換えます。

ハードウェアの準備


SSD1306 F446RE Arduino Header
GND GND GND
VDD 3V3 3V3
SCK PB8 D15
SDA PB9 D14

ブレッドボード配線図

ライブラリの準備


GitHubのafiskon/stm32-ssd1306からZIPファイルをダウンロードします。
  • ssd1306.h
  • ssd1306_conf_templates.h
  • ssd1306_fonts.h
  • ssd1306_tests.h
を「<Projectフォルダ>\Core\Inc\」に
  • ssd1306.c
  • ssd1306_fonts.c
  • ssd1306_tests.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。

「Core/Inc/ssd1306_conf_template.h」の内容を以下のように書き換えます。

// Choose a microcontroller family
//#define STM32F0
#define STM32F4

重要：「ssd1306_conf_template.h」を「ssd1306_conf.h」にRename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 "ssd1306_fonts.h"
#include "ssd1306_tests.h"
/* USER CODE END Includes */

<略>

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  ssd1306_TestAll();
  /* USER CODE END 2 */

実行している様子

FPS表示値

Standard Mode 9
Fast Mode 34

F446REの駆動クロックはHSI/84MHz。

I2C信号波形

F446RE I2C Fast Mode 2.2kΩ Pullup


C1:SDA C2:SCL

I2C版 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
          Master Features
            I2C Speed Mode: Standard Mode
        GPIO Settings
          PA15 I2C1_SCL
          PB7  I2C1_SDA

ブレッドボード配線図


SSD1306 G431KB Arduino Header
GND GND GND
VDD 3V3 3V3
SCK PA15 D5
SDA PB7 D4

ライブラリの準備


必要なファイルをコピーします。
  • Core/Inc/ssd1306.h
  • Core/Inc/ssd1306_conf_templates.h
  • Core/Inc/ssd1306_fonts.h
  • Core/Inc/ssd1306_tests.h
  • Core/Src/ssd1306.c
  • Core/Src/ssd1306_fonts.c
  • Core/Src/ssd1306_tests.c
「Core/Inc/ssd1306_conf_template.h」の内容を以下のように書き換えます。

// Choose a microcontroller family
//#define STM32F0
#define STM32G4

「#define STM32G4」はコメントアウトで用意されていないので書き加えます。「ssd1306.h」では

#elif defined(STM32G4)
#include "stm32g4xx_hal.h"

と、STM32G4を使用する場合の定義があります。

重要：「ssd1306_conf_template.h」を「ssd1306_conf.h」にRename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 "ssd1306_fonts.h"
#include "ssd1306_tests.h"
/* USER CODE END Includes */

<略>

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  ssd1306_TestAll();
  /* USER CODE END 2 */

main.cへのソースコードの追加はI2C版 Nucleo-F446REと同じです。

実行している様子

FPS表示値

Standard Mode 9
Fast Mode 35
Fast Mode Plus 76

※Fast Mode Plusで使用する場合は2.2kΩ程度で外部Pullupする。

G431KBの駆動クロックはHSI/170MHz。

I2C信号波形

G431RB I2C Fast Mode Plus 2.2kΩ Pullup


C1:SDA C2:SCL

SPI版 Nucleo-F446RE


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

MXの設定


Pinout & Configuration
  System Core
    Configuration
      GPIO
        PA10 : Output Push Pull : Very High : OLED_Res
        PB4  : Output Push Pull : Very High : OLED_CS
        PB5  : Output Push Pull : Very High : OLED_DC
  Connectivity
    SPI2
      Mode
        Mode: Half Duplex Master
      Configuration
        Parameter Settings
          Clock Parameters
            Prescaler(for Baud Rate): 64
            Clock Polarity(CPOL): High
            Clock Phase(CPHA): 2 Edge
        GPIO Settings
          PB10 SPI2_SCK
          PC1  SPI2_MOSI

Nucleo-F446REでは、SPI1はデフォルトでは使用不可になっているのでSPI2を使用します。MISOは使わないのでModeはHalf Duplex Masterにします。

動作確認のためClock Prescalerは大きめにしてクロック周波数を低く設定します。

重要：Clock Polarity(CPOL)、Clock Phase(CPHA)は上記の通り設定すると動作するようです。

またGPIOで制御信号線(CS、RES、DC)を割り当てます。右側のPinout図でPinをクリックしてGPIO_Outputを選択し、User Labelを設定します。User Labelはssd1306_conf_template.hで定義されているものを入力します。

ハードウェアの準備


SSD1306 F446RE Arduino Header 機能
GND GND GND GND
VDD 3V3 3V3 3.3V Power
D0 PB10 D6 SPI/SCK
D1 PC1 A4 SPI/MOSI
RES PA10 D2 Reset
DC PB5 D4 Data/Command
CS PB4 D5 SPI/CS

ブレッドボード配線図

ライブラリの準備


必要なファイルをコピーします。
  • Core/Inc/ssd1306.h
  • Core/Inc/ssd1306_conf_templates.h
  • Core/Inc/ssd1306_fonts.h
  • Core/Inc/ssd1306_tests.h
  • Core/Src/ssd1306.c
  • Core/Src/ssd1306_fonts.c
  • Core/Src/ssd1306_tests.c
Core\Inc\ssd1306_conf_template.hを以下のように変更します。

// Choose a microcontroller family
//#define STM32F0
//#define STM32F1
#define STM32F4
//#define STM32L0
//#define STM32L1
//#define STM32L4
//#define STM32F3
//#define STM32H7
//#define STM32F7
//#define STM32G0

// Choose a bus
//#define SSD1306_USE_I2C
#define SSD1306_USE_SPI

// I2C Configuration
//#define SSD1306_I2C_PORT        hi2c1
//#define SSD1306_I2C_ADDR        (0x3C << 1)

// SPI Configuration
#include "main.h"
#define SSD1306_SPI_PORT        hspi2
#define SSD1306_CS_Port         OLED_CS_GPIO_Port
#define SSD1306_CS_Pin          OLED_CS_Pin
#define SSD1306_DC_Port         OLED_DC_GPIO_Port
#define SSD1306_DC_Pin          OLED_DC_Pin
#define SSD1306_Reset_Port      OLED_Res_GPIO_Port
#define SSD1306_Reset_Pin       OLED_Res_Pin

SPI2を使うのでSSD_1306_SPI_PORTの定義をhspi2に変更します。

あまり感心できるものではありませんが、OLED_CS_GPIO_Portなどが定義されていないというエラーが出るので、直前に
#include "main.h"
という一行を追加して、定義されているヘッダーファイルをインポートします。

重要：「ssd1306_conf_template.h」を「ssd1306_conf.h」にRename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 "ssd1306_fonts.h"
#include "ssd1306_tests.h"
/* USER CODE END Includes */

<略>

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  ssd1306_TestAll();
  /* USER CODE END 2 */

main.cのコード追加はI2C版と同じです。

実行している様子

FPS表示値

SPI Prescaler:64 (655.25KBits/s) 60
SPI Prescaler:16 (2.625MBits/s) 144
SPI Prescaler: 2 (21.0MBits/s) 217

F446REの駆動クロックはHSI/84MHz。

SPI信号波形

F446RE SPI Prescaler=16


C1:MOSI C2:SCK


SPI版 Nucleo-G431KB


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

MXの設定


Pinout & Configuration
  System Core
    Configuration
      GPIO
        PA11 : Output Push Pull : Very High : OLED_Res
        PB4  : Output Push Pull : Very High : OLED_CS
        PB5  : Output Push Pull : Very High : OLED_DC
  Connectivity
    SPI1
      Mode
        Mode: Half Duplex Master
      Configuration
        Parameter Settings
          Basic Parameters
            Data Size: 8bit
          Clock Parameters
            Prescaler(for Baud Rate): 256
            Clock Polarity(CPOL): High
            Clock Phase(CPHA): 2 Edge
        GPIO Settings
          PA5 SPI2_SCK
          PA7 SPI2_MOSI

Nucleo-G431KBではデフォルトでSPI1が使用できるのでSPI1を使います。MISOは使わないのでModeはHalf Duplex Masterにします。重要：Data Sizeがデフォルトでは4bitになっているので、8bitに変更します。

動作確認のためClock Prescalerは大きめにしてクロック周波数を低く設定します。

Clock Polarity(CPOL)、Clock Phase(CPHA)は上記の通り設定すると動作するようです。

またGPIOで制御信号線(CS、RES、DC)を割り当てます。右側のPinout図でPinをクリックしてGPIO_Outputを選択し、User Labelを設定します。User Labelはssd1306_conf_template.hで定義されているものを入力します。

ハードウェアの準備


SSD1306 G431KB Arduino Header 機能
GND GND GND GND
VDD 3V3 3V3 3.3V Power
D0 PA5 A4 SPI/SCK
D1 PA7 A6 SPI/MOSI
RES PA11 D10 Reset
DC PB5 D11 Data/Command
CS PB4 D12 SPI/CS

ブレッドボード配線図


ライブラリの準備


必要なファイルをコピーします。
  • Core/Inc/ssd1306.h
  • Core/Inc/ssd1306_conf_templates.h
  • Core/Inc/ssd1306_fonts.h
  • Core/Inc/ssd1306_tests.h
  • Core/Src/ssd1306.c
  • Core/Src/ssd1306_fonts.c
  • Core/Src/ssd1306_tests.c
Core\Inc\ssd1306_conf_template.hを以下のように変更します。

// Choose a microcontroller family
//#define STM32F0
//#define STM32F1
//#define STM32F4
//#define STM32L0
//#define STM32L1
//#define STM32L4
//#define STM32F3
//#define STM32H7
//#define STM32F7
//#define STM32G0
#define STM32G4

// Choose a bus
//#define SSD1306_USE_I2C
#define SSD1306_USE_SPI

// I2C Configuration
//#define SSD1306_I2C_PORT        hi2c1
//#define SSD1306_I2C_ADDR        (0x3C << 1)

// SPI Configuration
#include "main.h"
#define SSD1306_SPI_PORT        hspi1
#define SSD1306_CS_Port         OLED_CS_GPIO_Port
#define SSD1306_CS_Pin          OLED_CS_Pin
#define SSD1306_DC_Port         OLED_DC_GPIO_Port
#define SSD1306_DC_Pin          OLED_DC_Pin
#define SSD1306_Reset_Port      OLED_Res_GPIO_Port
#define SSD1306_Reset_Pin       OLED_Res_Pin

あまり感心できるものではありませんが、OLED_CS_GPIO_Portなどが定義されていないというエラーが出るので、直前に
#include "main.h"
という一行を追加して、定義されているヘッダーファイルをインポートします。

重要：「ssd1306_conf_template.h」を「ssd1306_conf.h」にRename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 "ssd1306_fonts.h"
#include "ssd1306_tests.h"
/* USER CODE END Includes */

<略>

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  ssd1306_TestAll();
  /* USER CODE END 2 */

main.cはいずれも同じコードです。

実行している様子

FPS表示値

SPI Prescaler:256 (654.062KBits/s) 69
SPI Prescaler: 64 (2.65625MBits/s) 199
SPI Prescaler: 8 (21.25MBits/s) 437
SPI Prescaler: 4 (42.5MBits/s) 動作せず

G431REの駆動クロックはHSI/170MHz。

SPI信号波形

G431KB SPI Prescaler=64


C1:MOSI C2:SCK


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