0.前言 在本次实验中，我们将学习如何使用STM32微控制器和OLED显示屏，实现显示时间、温度和湿度的功能。这个应用场景在很多项目中都非常常见，例如室内温湿度监测、气象站等。 在现代生活中，对时间、温度和湿度的监测和显示具有重要的意义。无论是在家庭、办公室还是工业环境中，了解当前的时间和环境条件都是必要的。通过将这些信息实时显示在OLED屏幕上，我们可以方便地获取这些数据，从而更好地管理和调整我们的生活和工作。 在过去，通常需要使用多个独立的设备来获取这些信息，例如时钟、温度计和湿度计等。但是，通过本次实验，我们可以利用STM32微控制器的强大功能和OLED显示屏的高度可定制性，将这些功能集成到一个设备中。这样一来，我们不仅可以减少设备的数量和复杂度，还可以提高信息的集成度和可视性。 本次实验的应用背景和价值在于：
实时显示：通过使用STM32微控制器和OLED显示屏，我们可以实时显示当前的时间、温度和湿度，无需额外的设备或操作。 一体化设计：将时间、温度和湿度的功能集成到一个设备中，可以减少设备数量和占用空间，提高设备的整体美观性和易用性。 数据记录和分析：通过将温湿度数据记录到STM32的存储器中，我们可以进行后续的数据分析和处理，例如绘制温湿度曲线图或进行数据比较。 应用扩展：在基础的时间、温度和湿度显示功能上，我们还可以扩展其他功能，例如报警功能、历史数据查询等，以满足不同应用场景的需求。 总之，本次实验将带领我们实现一个功能强大且实用的应用，通过STM32微控制器和OLED显示屏，实时显示时间、温度和湿度。这个实验不仅有实际应用的价值，还可以帮助我们更深入地理解和掌握STM32的开发和应用。
1.温度传感器—AHT20
以上表格为对AHT20温度传感器的介绍，AHT20是一种数字温湿度传感器，具有高精度测量、低功耗、快速响应时间等优点。它采用I2C接口进行通信，可直接连接到微控制器等设备。AHT20的温度测量范围为-40℃至+85℃，温度测量精度为±0.3℃。湿度测量范围为0%RH至100%RH，湿度测量精度为±2%RH。它的供电电压范围为2.1V至3.6V。AHT20广泛应用于温湿度监测和控制领域，例如室内环境监测、气象站、温湿度记录仪等。
以上表格为对SSD1306 OLED控制芯片的介绍。OLED是一种自发光显示技术，具有高对比度、快速响应、低功耗等优点。SSD1306是常用的OLED控制芯片，通过I2C或SPI接口与主控器连接。SSD1306支持多种分辨率配置和显示颜色，具有一些特殊功能如显示缓冲区、显示翻转、屏幕亮度调节等。OLED广泛应用于便携式设备、智能穿戴设备、电子产品、工业控制、车载显示等领域。 3.系统板—STM32F103C8T6
以上表格为对STM32F103C8T6微控制器的介绍。STM32F103C8T6属于STM32F1系列，它采用了ARM Cortex-M3内核，具有最高72MHz的工作频率。该芯片具有64KB的闪存和20KB的SRAM，并提供了丰富的外设资源，如通用定时器、PWM输出、多种通信接口等。它还拥有较多的GPIO引脚，提供了灵活的连接能力。STM32F103C8T6的供电电压范围为2.0V至3.6V，工作温度范围为-40℃至+85℃。由于其性能和价格的平衡，它被广泛应用于嵌入式系统、物联网、工业控制、自动化等领域。
4.功能的实现 4.1设计目标 本设计旨在利用STM32微控制器和OLED显示屏实现实时显示时间、温度和湿度的功能。通过集成这些功能于单一设备中，用户可以方便地获取环境信息并进行实时监测和调整。
4.2硬件设计 在硬件方面，我们将使用STM32F103C8T6微控制器作为主控制器，AHT20温湿度传感器用于测量环境温度和湿度，以及SSD1306 OLED显示屏用于显示时间、温度和湿度。这些硬件组件相互配合，实现了整体功能的实现。
4.3软件设计 在软件方面，我们将使用STM32CubeIDE进行开发。通过编写相应的代码，我们将实现以下功能：
初始化：初始化STM32微控制器、AHT20传感器和SSD1306 OLED显示屏，建立各个组件之间的通信连接。 读取数据：通过STM32微控制器读取AHT20传感器的温度和湿度数据。 时间获取：通过STM32内部时钟或外部时钟模块，获取当前的时间。 数据处理：对读取到的温度、湿度和时间数据进行处理，确保其准确性和可用性。 数据显示：将处理后的数据通过SSD1306 OLED显示屏进行显示，实现实时的时间、温度和湿度信息展示。 循环更新：通过循环结构，不断更新和刷新显示的数据，以保证数据的实时性。 通过以上硬件和软件设计，我们可以实现STM32-OLED显示时间+温度和湿度的功能。这个设计可以帮助用户方便地获取环境信息，并进行实时监测和调整。同时，这个设计也展示了STM32微控制器和OLED显示屏的强大功能和灵活性，为用户提供了一个实用且易于使用的解决方案。
5.代码的实现 5.1 AHT20的代码 参考 链接: https://blog.csdn.net/weixin_63019977/article/details/134266104
/*******************************************/
/*@????:?????????? */
/*@??:????????? */
/*@??:V1.2 */
/*******************************************/
//#include "main.h"
#include "AHT20.h"
#include "gpio.h"
#include "i2c.h"
void Delay_N10us(uint32_t t)//????
{
uint32_t k;
while(t--)
{
for (k = 0; k < 2; k++);//110
}
}
void SensorDelay_us(uint32_t t)//????
{
for(t = t-2; t>0; t--)
{
Delay_N10us(1);
}
}
void Delay_4us(void) //????
{
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
}
void Delay_5us(void) //????
{
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
Delay_N10us(1);
}
void Delay_1ms(uint32_t t) //????
{
while(t--)
{
SensorDelay_us(1000);//??1ms
}
}
//void AHT20_Clock_Init(void) //????
//{
// RCC_APB2PeriphClockCmd(CC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//}
void SDA_Pin_Output_High(void) //?PB7????? , ???????, PB7??I2C?SDA
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//????
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET);
}
void SDA_Pin_Output_Low(void) //?P7????? ???????
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//????
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);
}
void SDA_Pin_IN_FLOATING(void) //SDA???????
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//??
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init( GPIOB,&GPIO_InitStruct);
}
void SCL_Pin_Output_High(void) //SCL?????,P14??I2C?SCL
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);
}
void SCL_Pin_Output_Low(void) //SCL?????
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
}
void Init_I2C_Sensor_Port(void) //???I2C??,??????
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//????
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//????
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
}
void I2C_Start(void) //I2C????START??
{
SDA_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
}
void AHT20_WR_Byte(uint8_t Byte) //?AHT20?????
{
uint8_t Data,N,i;
Data=Byte;
i = 0x80;
for(N=0;N<8;N++)
{
SCL_Pin_Output_Low();
Delay_4us();
if(i&Data)
{
SDA_Pin_Output_High();
}
else
{
SDA_Pin_Output_Low();
}
SCL_Pin_Output_High();
Delay_4us();
Data <<= 1;
}
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_IN_FLOATING();
SensorDelay_us(8);
}
uint8_t AHT20_RD_Byte(void)//?AHT20??????
{
uint8_t Byte,i,a;
Byte = 0;
SCL_Pin_Output_Low();
SDA_Pin_IN_FLOATING();
SensorDelay_us(8);
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL_Pin_Output_High();
Delay_5us();
a=0;
//if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15)) a=1;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)) a=1;
Byte = (Byte<<1)|a;
//SCL_Pin_Output_Low();
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
Delay_5us();
}
SDA_Pin_IN_FLOATING();
SensorDelay_us(8);
return Byte;
}
uint8_t Receive_ACK(void) //?AHT20?????ACK
{
uint16_t CNT;
CNT = 0;
SCL_Pin_Output_Low();
SDA_Pin_IN_FLOATING();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
while((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)) && CNT < 100)
CNT++;
if(CNT == 100)
{
return 0;
}
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
return 1;
}
void Send_ACK(void) //????ACK??
{
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_IN_FLOATING();
SensorDelay_us(8);
}
void Send_NOT_ACK(void) //?????ACK
{
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
}
void Stop_I2C(void) //??????
{
SDA_Pin_Output_Low();
SensorDelay_us(8);
SCL_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
SDA_Pin_Output_High();
SensorDelay_us(8);
}
uint8_t AHT20_Read_Status(void)//??AHT20??????
{
uint8_t Byte_first;
I2C_Start();
AHT20_WR_Byte(0x71);
Receive_ACK();
Byte_first = AHT20_RD_Byte();
Send_NOT_ACK();
Stop_I2C();
return Byte_first;
}
uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void) //??cal enable??????
{
uint8_t val = 0;//ret = 0,
val = AHT20_Read_Status();
if((val & 0x68)==0x08)
return 1;
else return 0;
}
void AHT20_SendAC(void) //?AHT20??AC??
{
I2C_Start();
AHT20_WR_Byte(0x70);
Receive_ACK();
AHT20_WR_Byte(0xac);//0xAC????
Receive_ACK();
AHT20_WR_Byte(0x33);
Receive_ACK();
AHT20_WR_Byte(0x00);
Receive_ACK();
Stop_I2C();
}
//CRC????:CRC8/MAXIM
//???:X8+X5+X4+1
//Poly:0011 0001 0x31
//????????? 1000 1100 0x8c
//C????:
uint8_t Calc_CRC8(uint8_t *message,uint8_t Num)
{
uint8_t i;
uint8_t byte;
uint8_t crc=0xFF;
for(byte=0; byte { crc^=(message[byte]); for(i=8;i>0;--i) { if(crc&0x80) crc=(crc<<1)^0x31; else crc=(crc<<1); } } return crc; } void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct) //??CRC??,????AHT20???????? { volatile uint8_t Byte_1th=0; volatile uint8_t Byte_2th=0; volatile uint8_t Byte_3th=0; volatile uint8_t Byte_4th=0; volatile uint8_t Byte_5th=0; volatile uint8_t Byte_6th=0; uint32_t RetuData = 0; uint16_t cnt = 0; AHT20_SendAC();//?AHT10??AC?? Delay_1ms(80);//??80ms?? cnt = 0; while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//????bit[7]?0,???????,??1,????? { SensorDelay_us(1508); if(cnt++>=100) { break; } } I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71); Receive_ACK(); Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//???,??????0x98,??????,bit[7]?1;???0x1C,??0x0C,??0x08???????,bit[7]?0 Send_ACK(); Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//??/?? Send_ACK(); Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_NOT_ACK(); Stop_I2C(); RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_4th); RetuData =RetuData >>4; ct[0] = RetuData;//?? RetuData = 0; RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_6th); RetuData = RetuData&0xfffff; ct[1] =RetuData; //?? } void AHT20_Read_CTdata_crc(uint32_t *ct) //CRC???,??AHT20???????? { volatile uint8_t Byte_1th=0; volatile uint8_t Byte_2th=0; volatile uint8_t Byte_3th=0; volatile uint8_t Byte_4th=0; volatile uint8_t Byte_5th=0; volatile uint8_t Byte_6th=0; volatile uint8_t Byte_7th=0; uint32_t RetuData = 0; uint16_t cnt = 0; // uint8_t CRCDATA=0; uint8_t CTDATA[6]={0};//??CRC???? AHT20_SendAC();//?AHT10??AC?? Delay_1ms(80);//??80ms?? cnt = 0; while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//????bit[7]?0,???????,??1,????? { SensorDelay_us(1508); if(cnt++>=100) { break; } } I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71); Receive_ACK(); CTDATA[0]=Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//???,??????0x98,??????,bit[7]?1;???0x1C,??0x0C,??0x08???????,bit[7]?0 Send_ACK(); CTDATA[1]=Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); CTDATA[2]=Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); CTDATA[3]=Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//??/?? Send_ACK(); CTDATA[4]=Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); CTDATA[5]=Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//?? Send_ACK(); Byte_7th = AHT20_RD_Byte();//CRC?? Send_NOT_ACK(); //??: ?????NAK Stop_I2C(); if(Calc_CRC8(CTDATA,6)==Byte_7th) { RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_4th); RetuData =RetuData >>4; ct[0] = RetuData;//?? RetuData = 0; RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_6th); RetuData = RetuData&0xfffff; ct[1] =RetuData; //?? } else { ct[0]=0x00; ct[1]=0x00;//???????,???????????? }//CRC?? } void AHT20_Init(void) //???AHT20 { Init_I2C_Sensor_Port(); I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xa8);//0xA8??NOR???? Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//??10ms?? I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xbe);//0xBE?????,AHT20???????0xBE, AHT10???????0xE1 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x08);//?????bit[3]?1,????? Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//??10ms?? } void JH_Reset_REG(uint8_t addr) { uint8_t Byte_first,Byte_second,Byte_third; I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70);//???0x70 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(addr); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(5);//??5ms?? I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71);// Receive_ACK(); Byte_first = AHT20_RD_Byte(); Send_ACK(); Byte_second = AHT20_RD_Byte(); Send_ACK(); Byte_third = AHT20_RD_Byte(); Send_NOT_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//??10ms?? I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70);/// Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xB0|addr);//????? Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(Byte_second); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(Byte_third); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Byte_second=0x00; Byte_third =0x00; } void AHT20_Start_Init(void) { JH_Reset_REG(0x1b); JH_Reset_REG(0x1c); JH_Reset_REG(0x1e); } 5.2 OLED的代码 参考链接: STM32进阶-OLED屏幕模块-CSDN博客 通过汉字取模软件，将所需要的汉字取模出来： OLED_ShowHZ(1,2,18);//ÈÕ OLED_ShowHZ(1,4,20);//ÆÚ OLED_ShowNum(1,7,year,4);//2023 OLED_ShowHZ(1,11,22);//Äê OLED_ShowNum(1,13,month,2);//11 OLED_ShowHZ(1,15,24);//Ô OLED_ShowNum(2,1,day,2);//20 OLED_ShowHZ(2,3,26);//ÈÕ OLED_ShowNum(2,5,hour,2);//15 OLED_ShowHZ(2,7,30);//ʱ OLED_ShowNum(2,9,min,2);//40 OLED_ShowHZ(2,11,32);//·Ö OLED_ShowNum(2,13,s,2);//s OLED_ShowHZ(2,15,28);//Ãë //OLED_ShowString(2,17,"Mon"); DHT11_REC_Data(); //½ÓÊÕdht11Êý¾Ý OLED_ShowNum(3,10,rec_data[2]-5,2); OLED_ShowNum(4,10,rec_data[0]-13,2); s+=1; if(s>=60) { s=0; min++; } if(min>=60) { min=0; hour++; } if(hour>=24) { hour=0; day++; } if(day>=31) { month++; day=1; } if(month>12) { year++; month=1; } Delay_s(1); 6.实验效果 6.1编译6.2烧录7.总结 在本次实验中，我成功地利用STM32微控制器和OLED显示屏实现了实时显示时间、温度和湿度的功能。通过这个实验，我收获了以下几点心得和总结： 首先，这个实验让我更加深入地了解了STM32微控制器的使用和编程。通过使用Keil进行开发，我学会了如何初始化微控制器、配置外设和编写驱动程序。这为我今后在嵌入式领域的学习和开发奠定了坚实的基础。 其次，我对OLED显示屏的原理和操作也有了更深入的了解。通过与STM32微控制器的连接和编程，我成功地实现了数据的显示和刷新。这个实验让我意识到OLED显示屏在嵌入式系统中的广泛应用，以及其显示效果和灵活性的优势。 此外，通过与AHT20温湿度传感器的结合，我成功地获取到了环境温度和湿度的数据，并通过OLED显示屏进行了实时显示。这个实验让我认识到传感器在嵌入式系统中的重要性，以及如何通过读取传感器数据并进行处理和显示。 总的来说，这个实验不仅让我对STM32微控制器、OLED显示屏和温湿度传感器有了更深入的了解，还提升了我的嵌入式系统开发能力和编程技巧。我相信这些知识和经验将对我今后的学习和工作产生积极的影响。 通过这个实验，我也明确了自己在嵌入式领域的兴趣和发展方向。我将继续深入学习和探索STM32微控制器和相关技术，不断提升自己的能力，为嵌入式系统的开发和应用做出更多的贡献。 参考阅读
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