STM32F103C8T6上跑u8g2图形库？手把手教你用HAL库+模拟IIC点亮OLED屏
STM32F103C8T6上跑u8g2图形库？手把手教你用HAL库+模拟IIC点亮OLED屏
在嵌入式开发领域，STM32F103C8T6这款被称为"蓝桥杯神器"的MCU因其性价比和易用性广受欢迎。而u8g2作为一款功能强大的嵌入式图形库，能够为各种OLED显示屏提供丰富的图形界面支持。本文将带你从零开始，在STM32F103C8T6上使用HAL库和模拟IIC接口驱动0.96寸OLED显示屏（SSD1306控制器），特别针对这款MCU的RAM资源有限的特点进行优化。
1. 开发环境准备与硬件连接
1.1 所需硬件清单
在开始之前，确保你已准备好以下硬件组件：
- STM32F103C8T6最小系统板（核心资源：72MHz主频，64KB Flash，20KB RAM）
- 0.96寸OLED显示屏（SSD1306驱动芯片，128×64分辨率）
- 杜邦线若干（建议使用优质线材减少干扰）
- USB转TTL模块（用于程序下载和调试）
1.2 硬件连接方式
OLED与STM32的连接非常简单，只需要4根线：
| OLED引脚 | STM32引脚 | 功能说明 |
|---|---|---|
| VCC | 3.3V | 电源正极 |
| GND | GND | 电源地 |
| SCL | PB6 | 时钟线 |
| SDA | PB7 | 数据线 |
提示：虽然理论上可以任意选择GPIO引脚，但建议优先使用PB6/PB7，因为这两个引脚在硬件I2C模式下也有对应功能，方便后续扩展。
1.3 开发环境配置
推荐使用以下开发工具组合：
- STM32CubeMX：用于初始化代码生成（版本建议≥6.0）
- Keil MDK-ARM：作为主要开发IDE（建议使用V5.25以上版本）
- ST-Link Utility：用于程序烧录和调试
在CubeMX中创建新工程时，关键配置步骤如下：
/* System Core配置 */ RCC-> High Speed Clock (HSE): Crystal/Ceramic Resonator SYS-> Debug: Serial Wire GPIO-> PB6: GPIO_Output (重命名为OLED_SCL) GPIO-> PB7: GPIO_Output (重命名为OLED_SDA)2. u8g2库的移植与优化
2.1 获取u8g2源码
u8g2的最新源码可以从GitHub获取：
git clone https://github.com/olikraus/u8g2.git或者直接下载zip压缩包。我们主要需要的是csrc目录下的核心源文件。
2.2 精简u8g2库以节省内存
STM32F103C8T6仅有20KB RAM，而完整版u8g2会占用较多内存。我们需要进行以下优化：
删除不必要的显示驱动： 在
u8g2_d_setup.c中，只保留与SSD1306相关的代码，其他全部注释掉。选择合适的内存模式： u8g2提供多种内存模式，针对小内存MCU推荐使用
page buffer模式：// 使用页缓冲模式（相比全缓冲节省约1KB内存） u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_1(&u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_sw_i2c, u8x8_gpio_and_delay_stm32);修改u8g2_d_memory.c： 注释掉所有未使用的全局变量定义，仅保留SSD1306相关部分。
2.3 关键回调函数实现
u8g2需要通过回调函数与硬件交互，以下是针对STM32HAL库的实现：
uint8_t u8x8_gpio_and_delay_stm32(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr) { switch(msg) { case U8X8_MSG_DELAY_MILLI: HAL_Delay(arg_int); break; case U8X8_MSG_GPIO_I2C_CLOCK: HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, arg_int ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); break; case U8X8_MSG_GPIO_I2C_DATA: HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, arg_int ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); break; default: return 0; } return 1; }3. 模拟I2C驱动实现
3.1 I2C时序控制
模拟I2C需要精确控制时序，以下是关键时序参数：
| 时序参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 起始条件保持时间 | 4.7μs | SDA下降沿到SCL下降沿 |
| 数据保持时间 | 4.0μs | SCL高电平期间数据稳定 |
| 停止条件建立时间 | 4.0μs | SCL上升沿到SDA上升沿 |
对应的延时函数实现：
void I2C_Delay(void) { volatile uint8_t i = 5; while(i--); } void I2C_Start(void) { SDA_HIGH(); SCL_HIGH(); I2C_Delay(); SDA_LOW(); I2C_Delay(); SCL_LOW(); } void I2C_Stop(void) { SDA_LOW(); SCL_HIGH(); I2C_Delay(); SDA_HIGH(); }3.2 完整数据传输函数
以下是带ACK检查的字节发送函数：
uint8_t I2C_WriteByte(uint8_t byte) { uint8_t i, ack; for(i=0; i<8; i++) { if(byte & 0x80) SDA_HIGH(); else SDA_LOW(); SCL_HIGH(); I2C_Delay(); SCL_LOW(); byte <<= 1; } // 读取ACK SDA_HIGH(); SCL_HIGH(); ack = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_7); SCL_LOW(); return ack; // 0表示ACK, 1表示NACK }4. 实际应用与性能优化
4.1 显示性能测试
在72MHz主频下，不同刷新模式的性能对比：
| 刷新模式 | 全屏刷新时间 | 内存占用 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 全缓冲模式 | 15ms | 1KB | 复杂动画 |
| 页缓冲模式 | 25ms | 128B | 文本显示 |
| 直接写入模式 | 120ms | 0B | 极低内存环境 |
4.2 常用显示功能实现
显示文本：
u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_6x10_tf); u8g2_DrawStr(&u8g2, 0, 10, "Hello STM32!");绘制图形：
// 画线 u8g2_DrawLine(&u8g2, 0, 0, 127, 63); // 画矩形 u8g2_DrawFrame(&u8g2, 10, 10, 50, 20); // 画圆 u8g2_DrawCircle(&u8g2, 64, 32, 20, U8G2_DRAW_ALL);显示位图：
static const uint8_t logo_bits[] = { 0x00, 0x00, 0x1F, 0x80, 0x20, 0x40, 0x40, 0x20, // 更多位图数据... }; u8g2_DrawXBM(&u8g2, 30, 20, 32, 32, logo_bits);4.3 内存优化技巧
使用PROGMEM存储字体： 将不常用的字体存储在Flash而非RAM中：
static const uint8_t font_data[] U8G2_FONT_SECTION("font_data") = {...};动态加载字体： 只在需要时加载特定字体，使用后立即释放：
u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_6x10_tf); // 显示操作... u8g2_SetFont(&u8g2, NULL); // 释放字体使用u8x8模式： 如果只需要显示文本，可以使用更轻量的u8x8模式：
u8x8_Setup(&u8x8, u8x8_d_ssd1306_128x64_noname, u8x8_cad_ssd13xx_i2c, u8x8_byte_sw_i2c, u8x8_gpio_and_delay_stm32);
在实际项目中，我发现合理组合这些优化技巧，可以在STM32F103C8T6上实现相当流畅的图形界面效果。特别是在使用页缓冲模式时，配合精心设计的局部刷新策略，完全可以满足大多数嵌入式GUI的需求。