前言

本文将从原理到实战，详细记录整个过程，包括 I2C 协议理解、OLED 工作原理、U8g2 库移植步骤，以及最终实现的显示效果，适合嵌入式初学者参考。

一.基础知识储备

在动手之前，先搞懂几个核心概念，这对后续调试至关重要。

1.I2C协议基本原理

I2C 是一种两线制串行通信协议，仅需 SDA（数据线）和 SCL（时钟线）即可实现多设备通信。

• 核心时序：
  • 起始信号（S）：SCL 高电平时，SDA 从高→低跳变；
  • 停止信号（P）：SCL 高电平时，SDA 从低→高跳变；
  • 数据传输：每字节 8 位，后跟 1 位应答（ACK，低电平有效）；
  • 速率：本次实验用 100kbps（标准模式）。

2.0.96 寸 OLED 屏工作原理

本次使用的是 SSD1306 驱动的 128×64 分辨率 OLED 屏，I2C 地址通常为 0x3C（或 0x3D）。

• 显示原理：自发光二极管阵列，每个像素对应 1 位数据（1 亮 0 暗），无需背光，功耗低；
• 缓冲区：屏幕按 “页” 划分（共 8 页，每页 8 行），数据通过 I2C 写入缓冲区后刷新显示；

3. U8g2 库简介

U8g2是GitHub上一款十分优秀的开源图形库（GUI库），其本质是嵌入式设备的单色图形库。在 Github 上超过3.2K Star，2.6K Commit。其开发语言90%为C语言，且代码简洁干练便于移植与后期修改。支持多种显示器（包括 OLED），内置字体、图形绘制函数，简化了显示逻辑。核心优势：

• 支持中文字体（需加载对应字库）；
• 提供分页显示、滑动等高级功能；
• 可适配多种硬件平台（如 STM32、Arduino）。

二.硬件准备与接线

• 主控：STM32F103C8T6（最小系统板）；

• OLED 屏：0.96 寸 I2C 接口（SSD1306）；

• 接线方式：

  OLED 引脚	STM32 引脚	说明
  VCC	3.3V	电源（勿接 5V）
  GND	GND	地
  SDA	PB10	I2C 数据线
  SCL	PB11	I2C 时钟线

三.软件设计步骤

在移植U8g2库之前，我们需要使用CubeMX软件配置一下MCU的部分功能。

1.RCC配置

2.SYS配置

3.I2C2配置：OLED的通讯方式

4.TIM1配置：U8g2图形库需要us级延迟

5.时钟树配置

四.U8g2移植

4.1准备U8g2库文件

移植U8g2图像库需要准备好，U8g2的源码是在GitHub上开源的。 进入源码地址后下载整个U8g2图形库的压缩包。以下是下载下来的文件夹：

4.2精简U8g2库文件

U8g2支持多种显示驱动的屏幕，因为源码中也包含了各个驱动对应的文件，为了减小整个工程的代码体积，在移植U8g2时，可以删除一些无用的文件。

去掉无用的驱动文件： 这些驱动文件通常是u8x8_d_xxx.c，xxx包括驱动的型号和屏幕分辨率。ssd1306驱动芯片的OLED，使用u8x8_ssd1306_128x64_noname.c这个文件，其它的屏幕驱动和分辨率的文件可以删掉。

精简u8g2_d_setup.c：因为OLED使用的是IIC接口，所以只保留u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f这个函数就好

精简u8g2_d_memory.c：用到的u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f函数中，只调用了u8g2_m_16_8_f这个函数，所以留下这个函数

4.3将精简后的U8g2库添加到keil

五.功能实现与效果展示

5.1 U8g2 Demo 例程

调用库中自带的图形绘制函数，实现基本图形显示：

#include "stm32_u8g2.h"//main.c函数
#include "test.h"
int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C2_Init();
  MX_TIM1_Init();
  u8g2_t u8g2;
  u8g2Init(&u8g2);	
  while (1)
  {
             u8g2_FirstPage(&u8g2);
       do
       {
				 u8g2DrawTest(&u8g2);
       } while (u8g2_NextPage(&u8g2));
  }
}

调用库中自带的图形绘制函数，实现基本图形显示：

void u8g2DrawTest(u8g2_t *u8g2)
{
    //demo例程
    u8g2_DrawLine(u8g2, 0, 0, 127, 63);  // 斜线
    u8g2_DrawCircle(u8g2, 64, 32, 20, U8G2_DRAW_ALL);  // 圆形
    u8g2_DrawFrame(u8g2, 10, 10, 40, 20);  // 矩形框
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB14_tr);  // 设置字体
    u8g2_DrawStr(u8g2, 20, 50, "U8g2 Demo");  // 字符串
}

效果展示：

5.2 显示编号和名字

注意：这里加载中文字体（如u8g2_font_wqy12_t_gb2312），字库较大，编译器不支持，所以对与中文字体，我们需要自己取模再进行显示。

首先在字模生成器中取出对应中文的编码（笔者这里用的是b站博主keysking开发的取模网站）附网站地址：波特律动LED字模生成器

进入网站后我们输入需求文字，然后选择逐行式取模即可。

将取得的编码复制到代码中：
主要代码如下：

// 自定义“廖”字16x16点阵
const unsigned char liao[] U8X8_PROGMEM =  {0x00,0x01,0xfc,0x7f,0x04,0x00,0xf4,0x3e,0x94,0x24,0xa4,0x28,0x94,0x25,0x84,0x06,0x64,0x18,0x1c,0x61,0xc4,0x04,0x34,0x02,0x82,0x11,0x72,0x0c,0x81,0x03,0x70,0x00,};
// 自定义“佳”字16x16点阵
const unsigned char jia[] U8X8_PROGMEM = {0x10,0x02,0x10,0x02,0xd0,0x3f,0x08,0x02,0x08,0x02,0x0c,0x02,0xfc,0x7f,0x0a,0x00,0x09,0x02,0x08,0x02,0xc8,0x3f,0x08,0x02,0x08,0x02,0x08,0x02,0xf8,0x7f,0x08,0x00,};
// 自定义“乐”字16x16点阵
const unsigned char le[] U8X8_PROGMEM={0x00,0x04,0x00,0x0f,0xf8,0x00,0x08,0x00,0x88,0x00,0x84,0x00,0x84,0x00,0xfc,0x3f,0x80,0x00,0x90,0x04,0x90,0x08,0x88,0x10,0x84,0x20,0x82,0x20,0xa0,0x00,0x40,0x00,};
void u8g2DrawTest(u8g2_t *u8g2)
{
   //显示自己的学号和名字
   u8g2_ClearBuffer(u8g2);
   u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB12_tf); // 加粗字体
   u8g2_DrawStr(u8g2, 10, 14, "ID: 123456");  // 学号
   u8g2_DrawXBMP(u8g2, 10, 30, 16, 16, liao);   
   u8g2_DrawXBMP(u8g2, 26, 30, 16, 16, jia );   
   u8g2_DrawXBMP(u8g2, 42, 30, 16, 16, le );
}

效果展示：

5.3 上下 / 左右滑动显示

通过逐帧更新坐标实现滑动，先进行上下滑动在进行左右滑动

主要代码如下：

int16_t pos_x = 0;  // 水平滑动位置（初始在最左）
int16_t pos_x1=16;
int16_t pos_x2=32;
int16_t pos_y = 50;  // 垂直滑动位置（初始在最上）
int16_t pos_y1=44;
uint8_t state=0;
uint8_t slide_speed = 4;  // 滑动步长（越大越快）
void u8g2DrawTest(u8g2_t *u8g2)
{    //上下左右滑动显示
    if(state==0){
    pos_y -= slide_speed;  // 向上滑动
    pos_y1 -= slide_speed;
    }
    else if(state==1){
    pos_y += slide_speed;  //向下滑动
    pos_y1 += slide_speed;
    }
    else if(state==2){
    pos_x-=slide_speed;
    pos_x1-=slide_speed;
    pos_x2-=slide_speed;
    }
    else {
    pos_x+=slide_speed;
    pos_x1+=slide_speed;
    pos_x2+=slide_speed;
    }
    u8g2_ClearBuffer(u8g2);
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_ncenB12_tf); // 加粗字体
    u8g2_DrawStr(u8g2, pos_x, pos_y1, "ID: 123456");  // 学号
    u8g2_DrawXBMP(u8g2, pos_x, pos_y, 16, 16, liao);   
    u8g2_DrawXBMP(u8g2, pos_x1, pos_y, 16, 16, jia );   
    u8g2_DrawXBMP(u8g2, pos_x2, pos_y, 16, 16, le );
        if (pos_y < 0&&state==0) {  // 最后一行初始y=40，滑出屏幕上边界（y<0）后重置
         state=1; 
    }
        if(pos_y>48&&state==1){
         state=2;
    }
        if(pos_x<-20&&state==2){
            state=3;
        }
    

效果展示：

5.4 动态图案生成

将图案分解为多帧点阵，通过切换帧实现动画。以火柴人跑步为例（只用了三帧）

1.生成帧数据：用取模软件生成三帧的数据，并保存为数组；

2.多帧切换代码实现:

    uint8_t current_frame = 0;  // 当前帧索引
  const uint16_t frame_delay = 50;  // 每帧停留50ms

  while (1) {  // 无限循环播放动画
    u8g2_FirstPage(u8g2);  // 开始绘制
    do {
      u8g2_ClearBuffer(u8g2);  // 清屏（清除缓冲区）

      // 根据当前帧索引绘制对应图案
      switch (current_frame) {
        case 0:
          // 绘制第1帧，确保宽高与点阵实际尺寸一致
          u8g2_DrawXBMP(u8g2, 20, 10, 70, 64, tractor_bitmap);
          break;
        case 1:
          // 绘制第2帧
          u8g2_DrawXBMP(u8g2, 20, 10, 50, 64, tractor_bitmap1);
          break;
        case 2:
          // 绘制第3帧
          u8g2_DrawXBMP(u8g2, 20, 10, 62, 64, tractor_bitmap2);
          break;
      }

    } while (u8g2_NextPage(u8g2));  // 刷新屏幕，完成当前帧显示

    // 切换到下一帧（循环0→1→2→0）
    current_frame = (current_frame + 1) % 3;

    // 控制动画速度（每帧停留100ms）
    HAL_Delay(frame_delay);
  }

     u8g2_DrawXBMP(u8g2, 20, 10, 62, 64, tractor_bitmap2);
      break;
  }

} while (u8g2_NextPage(u8g2));  // 刷新屏幕，完成当前帧显示

// 切换到下一帧（循环0→1→2→0）
current_frame = (current_frame + 1) % 3;

// 控制动画速度（每帧停留100ms）
HAL_Delay(frame_delay);

}
效果展示：

六.虚拟逻辑分析仪去采集 I2C 引脚SDA的波形

当使用 Keil 的虚拟逻辑分析仪采集 I2C 的 SDA 引脚波形时，正常情况下应该呈现出符合 I2C 协议规范的波形特征：

1. 起始信号（Start）：当 SCL 为高电平时，SDA 从高电平跳转为低电平（一个下降沿）。
2. 数据传输：在 SCL 的每个高电平期间，SDA 保持稳定的电平状态，代表传输的一位数据（高电平为 1，低电平为 0）。每传输 8 位数据后，会有一个 ACK/NACK 位，从机拉低 SDA 表示 ACK，保持高电平表示 NACK。
3. 停止信号（Stop）：当 SCL 为高电平时，SDA 从低电平跳转为高电平（一个上升沿）。
4. 空闲状态：当 I2C 总线空闲时，SDA 和 SCL 都保持高电平（由上拉电阻维持）。

仿真实验结果如下：

如果在 Keil 虚拟逻辑分析仪中无法采集到符合上述特征的 I2C 波形，可以考虑以下替代方法：

1. 硬件逻辑分析仪 / 示波器

这是最直接有效的方法。将逻辑分析仪或示波器的探头连接到 SDA 和 SCL 引脚（注意共地），可以实时采集真实的硬件电平变化。

• 优势：能够完全反映真实的硬件状态，不受软件仿真的限制。可以清晰地观察起始 / 停止信号、数据位、ACK/NACK 等，直接判断 I2C 协议是否正确执行。
• 适用场景：适合排查硬件连接问题（如上拉电阻缺失）、电气特性问题（如信号抖动）等。

2. I2C 外设寄存器监控

在 Keil 仿真环境中，可以通过 “Peripherals → I2Cx”（如 I2C2）查看 I2C 外设的寄存器状态，间接验证 I2C 通信过程：

• SR1 寄存器：检查SB位（起始信号发送成功）、ADDR位（地址发送成功）、TXE位（发送缓冲区空）、RXNE位（接收缓冲区非空）等。
• SR2 寄存器：检查MSL位（主机模式）、BUSY位（总线忙）、ACK位（是否收到应答）等。

如果这些寄存器的状态符合预期（如发送地址后ADDR置位，且ACK有效），说明 I2C 协议在软件层面已经正确执行，问题可能出在虚拟逻辑分析仪的配置或硬件上。

3. GPIO 模拟 I2C 调试

如果使用硬件 I2C 外设难以排查问题，可以临时改用软件模拟 I2C（用 GPIO 手动控制 SCL 和 SDA）。通过在代码中插入延时和断点，逐步验证每一步的时序：

例如，在发送起始信号、每一位数据、ACK 位后设置断点，通过虚拟逻辑分析仪观察 SDA/SCL 电平是否符合预期，逐步定位时序错误。

七.总结

​ 本文详细记录了基于 STM32F103C8T6 与 0.96 寸 SSD1306 OLED 屏的 U8g2 库移植及应用过程。首先介绍了 I2C 协议、OLED 工作原理和 U8g2 库的核心知识，随后讲解了硬件接线（OLED 的 SDA 接 PB10、SCL 接 PB11）与 CubeMX 配置（含 RCC、SYS、I2C2、TIM1 及时钟树），并分步说明 U8g2 库的精简（保留 SSD1306 驱动相关文件）与移植步骤。最终通过实例实现了基础图形显示、中文姓名与学号显示（自定义字模）、滑动动画及动态图案生成，并补充了 I2C 波形的采集与调试方法，为嵌入式初学者提供了完整的 OLED 显示开发指南。
源码地址：https://gitee.com/liao-jiale-lls/oled1.git