瑞萨地奇星RA6E2测评版 软件IIC驱动OLED数字显示测评报告

一、测评概述

1.1 测评背景

瑞萨地奇星RA6E2测评板是基于RA6E2系列MCU的入门级开发板，主打低功耗、高性能和丰富的外设资源。本次测评聚焦于通过软件IIC（模拟IIC） 方式驱动SSD1306型OLED屏幕实现数字显示，验证开发板GPIO口的灵活配置能力、软件时序控制的稳定性，以及底层驱动开发的易用性，为嵌入式开发者提供可参考的实测数据和开发经验。

1.2 测评目标

1. 基于瑞萨地奇星RA6E2测评板实现软件IIC驱动OLED的底层框架；
2. 完成OLED屏幕的数字显示功能开发与验证；
3. 测试软件IIC通信的稳定性、显示刷新率及开发板资源占用情况；
4. 总结开发过程中的问题、解决方案及RA6E2的适配特点。

1.3 硬件环境

1.4 软件环境

二、核心开发实现

2.1 软件IIC底层驱动设计

软件IIC无需依赖MCU的硬件IIC外设，仅通过GPIO口模拟IIC通信时序，核心优势是引脚灵活配置，适配RA6E2测评板的GPIO资源特点。

2.1.1 OLED宏定义（适配RA6E2 GPIO）

#ifndef __OLED_H

#define__OLED_H

voidOLED_Init(void);

voidOLED_Clear(void);

voidOLED_ShowChar(uint8_t Line, uint8_t Column, char Char);

voidOLED_ShowString(uint8_t Line, uint8_t Column, char *String);

voidOLED_ShowNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length);

voidOLED_ShowSignedNum(uint8_t Line, uint8_t Column, int32_t Number, uint8_t Length);

voidOLED_ShowHexNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length);

voidOLED_ShowBinNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length);
#endif

2.1.2 OLED时序函数

#include "hal_data.h"
#include "oled_font.h"

/*引脚配置*/
void OLED_W_SCL(int x)
{
    if(x == 0)
    {
        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_08, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    }else if(x == 1)
    {
        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_08, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    }
    R_BSP_SoftwareDelay(10, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS);
}

void OLED_W_SDA(int x)
{
    if(x == 0)
    {
        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_07, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    }else if(x == 1)
    {
        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_07, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    }
    R_BSP_SoftwareDelay(10, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS);
}

/*引脚初始化*/
void OLED_I2C_Init(void)
{
    OLED_W_SCL(1);
    OLED_W_SDA(1);
}

/**
  * [url=home.php?mod=space&uid=2666770]@Brief[/url]  I2C开始
  * [url=home.php?mod=space&uid=3142012]@param[/url]  无
  * @retval 无
  */
void OLED_I2C_Start(void)
{
    OLED_W_SDA(1);
    OLED_W_SCL(1);
    OLED_W_SDA(0);
    OLED_W_SCL(0);
}

/**
  * @brief  I2C停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_I2C_Stop(void)
{
    OLED_W_SDA(0);
    OLED_W_SCL(1);
    OLED_W_SDA(1);
}

/**
  * @brief  I2C发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的一个字节
  * @retval 无
  */
void OLED_I2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_W_SDA(!!(Byte & (0x80 >> i)));
        OLED_W_SCL(1);
        OLED_W_SCL(0);
    }
    OLED_W_SCL(1);  //额外的一个时钟，不处理应答信号
    OLED_W_SCL(0);
}

/**
  * @brief  OLED写命令
  * @param  Command 要写入的命令
  * @retval 无
  */
void OLED_WriteCommand(uint8_t Command)
{
    OLED_I2C_Start();
    OLED_I2C_SendByte(0x78);        //从机地址
    OLED_I2C_SendByte(0x00);        //写命令
    OLED_I2C_SendByte(Command);
    OLED_I2C_Stop();
}

/**
  * @brief  OLED写数据
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void OLED_WriteData(uint8_t Data)
{
    OLED_I2C_Start();
    OLED_I2C_SendByte(0x78);        //从机地址
    OLED_I2C_SendByte(0x40);        //写数据
    OLED_I2C_SendByte(Data);
    OLED_I2C_Stop();
}

/**
  * @brief  OLED设置光标位置
  * @param  Y 以左上角为原点，向下方向的坐标，范围：0~7
  * @param  X 以左上角为原点，向右方向的坐标，范围：0~127
  * @retval 无
  */
void OLED_SetCursor(uint8_t Y, uint8_t X)
{
    OLED_WriteCommand(0xB0 | Y);                    //设置Y位置
    OLED_WriteCommand(0x10 | ((X & 0xF0) >> 4));    //设置X位置高4位
    OLED_WriteCommand(0x00 | (X & 0x0F));           //设置X位置低4位
}

/**
  * @brief  OLED清屏
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_Clear(void)
{
    uint8_t i, j;
    for (j = 0; j < 8; j++)
    {
        OLED_SetCursor(j, 0);
        for(i = 0; i < 128; i++)
        {
            OLED_WriteData(0x00);
        }
    }
}

/**
  * @brief  OLED显示一个字符
  * @param  Line 行位置，范围：1~4
  * @param  Column 列位置，范围：1~16
  * @param  Char 要显示的一个字符，范围：ASCII可见字符
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowChar(uint8_t Line, uint8_t Column, char Char)
{
    uint8_t i;
    OLED_SetCursor((Line - 1) * 2, (Column - 1) * 8);       //设置光标位置在上半部分
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteData(OLED_F8x16[Char - ' '][i]);          //显示上半部分内容
    }
    OLED_SetCursor((Line - 1) * 2 + 1, (Column - 1) * 8);   //设置光标位置在下半部分
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteData(OLED_F8x16[Char - ' '][i + 8]);      //显示下半部分内容
    }
}

/**
  * @brief  OLED显示字符串
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~4
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  String 要显示的字符串，范围：ASCII可见字符
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowString(uint8_t Line, uint8_t Column, char *String)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; String[i] != '\0'; i++)
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column + i, String[i]);
    }
}

/**
  * @brief  OLED次方函数
  * @retval 返回值等于X的Y次方
  */
uint32_t OLED_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
    uint32_t Result = 1;
    while (Y--)
    {
        Result *= X;
    }
    return Result;
}

/**
  * @brief  OLED显示数字（十进制，正数）
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~4
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：0~4294967295
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~10
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column + i, Number / OLED_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
    }
}

/**
  * @brief  OLED显示数字（十进制，带符号数）
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~4
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：-2147483648~2147483647
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~10
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowSignedNum(uint8_t Line, uint8_t Column, int32_t Number, uint8_t Length)
{
    uint8_t i;
    uint32_t Number1;
    if (Number >= 0)
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column, '+');
        Number1 = Number;
    }
    else
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column, '-');
        Number1 = -Number;
    }
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column + i + 1, Number1 / OLED_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
    }
}

/**
  * @brief  OLED显示数字（十六进制，正数）
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~4
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：0~0xFFFFFFFF
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~8
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowHexNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length)
{
    uint8_t i, SingleNumber;
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        SingleNumber = Number / OLED_Pow(16, Length - i - 1) % 16;
        if (SingleNumber < 10)
        {
            OLED_ShowChar(Line, Column + i, SingleNumber + '0');
        }
        else
        {
            OLED_ShowChar(Line, Column + i, SingleNumber - 10 + 'A');
        }
    }
}

/**
  * @brief  OLED显示数字（二进制，正数）
  * @param  Line 起始行位置，范围：1~4
  * @param  Column 起始列位置，范围：1~16
  * @param  Number 要显示的数字，范围：0~1111 1111 1111 1111
  * @param  Length 要显示数字的长度，范围：1~16
  * @retval 无
  */
void OLED_ShowBinNum(uint8_t Line, uint8_t Column, uint32_t Number, uint8_t Length)
{
    uint8_t i;
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        OLED_ShowChar(Line, Column + i, Number / OLED_Pow(2, Length - i - 1) % 2 + '0');
    }
}

/**
  * @brief  OLED初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_Init(void)
{
    uint32_t i, j;

    for (i = 0; i < 1000; i++)          //上电延时
    {
        for (j = 0; j < 1000; j++);
    }

    OLED_I2C_Init();            //端口初始化

    OLED_WriteCommand(0xAE);    //关闭显示

    OLED_WriteCommand(0xD5);    //设置显示时钟分频比/振荡器频率
    OLED_WriteCommand(0x80);

    OLED_WriteCommand(0xA8);    //设置多路复用率
    OLED_WriteCommand(0x3F);

    OLED_WriteCommand(0xD3);    //设置显示偏移
    OLED_WriteCommand(0x00);

    OLED_WriteCommand(0x40);    //设置显示开始行

    OLED_WriteCommand(0xA1);    //设置左右方向，0xA1正常 0xA0左右反置

    OLED_WriteCommand(0xC8);    //设置上下方向，0xC8正常 0xC0上下反置

    OLED_WriteCommand(0xDA);    //设置COM引脚硬件配置
    OLED_WriteCommand(0x12);

    OLED_WriteCommand(0x81);    //设置对比度控制
    OLED_WriteCommand(0xCF);

    OLED_WriteCommand(0xD9);    //设置预充电周期
    OLED_WriteCommand(0xF1);

    OLED_WriteCommand(0xDB);    //设置VCOMH取消选择级别
    OLED_WriteCommand(0x30);

    OLED_WriteCommand(0xA4);    //设置整个显示打开/关闭

    OLED_WriteCommand(0xA6);    //设置正常/倒转显示

    OLED_WriteCommand(0x8D);    //设置充电泵
    OLED_WriteCommand(0x14);

    OLED_WriteCommand(0xAF);    //开启显示

    OLED_Clear();               //OLED清屏
}

2.2 OLED数字显示功能实现

2.2.1 数字字库与显示核心函数

// 6×8数字字库（0-9）
const u8 num_0806[10][6] = {
    0x00,0x00,0x7C,0x12,0x11,0x7C, // 0
    0x00,0x00,0x10,0x10,0x10,0x10, // 1
    0x00,0x00,0x7C,0x02,0x01,0x7C, // 2
    0x00,0x00,0x7C,0x02,0x02,0x7C, // 3
    0x00,0x00,0x04,0x7E,0x04,0x04, // 4
    0x00,0x00,0x7C,0x01,0x02,0x7C, // 5
    0x00,0x00,0x7C,0x01,0x72,0x7C, // 6
    0x00,0x00,0x7C,0x02,0x04,0x08, // 7
    0x00,0x00,0x7C,0x73,0x72,0x7C, // 8
    0x00,0x00,0x7C,0x02,0x7C,0x7C  // 9
};

// 设置OLED显示坐标（x:列0-127，y:页0-7）
void OLED_Set_Pos(u8 x, u8 y)
{
    OLED_Write_Byte(0xB0+y, 0); // 页地址
    OLED_Write_Byte(((x&0xF0)>>4)|0x10, 0); // 列高4位
    OLED_Write_Byte(x&0x0F, 0); // 列低4位
}

// 显示单个数字
void OLED_ShowNum(u8 x, u8 y, u8 num)
{
    if(num > 9) return; // 仅支持0-9
    OLED_Set_Pos(x, y);
    for(u8 i=0; i<6; i++)
    {
        OLED_Write_Byte(num_0806[num][i], 1);
    }
}

// 显示多位数（支持0-9999）
void OLED_ShowMultiNum(u8 x, u8 y, u16 num)
{
    u8 digit[4] = {0};
    // 拆分各位数字
    digit[0] = num / 1000;
    digit[1] = (num % 1000) / 100;
    digit[2] = (num % 100) / 10;
    digit[3] = num % 10;
    
    // 跳过前导0（仅显示有效数字）
    u8 start = 0;
    if(digit[0] == 0) {start++; if(digit[1] == 0) {start++; if(digit[2] == 0) start++;}}
    if(start == 4) start = 3; // 数字为0时显示0
    
    for(u8 i=start; i<4; i++)
    {
        OLED_ShowNum(x + (i-start)*6, y, digit[i]);
    }
}

2.2.2 主函数实现（数字循环显示测试）

voidhal_entry(void)
{
/* TODO: add your own code here */
     int i = 0;
    OLED_Init();
    while(1)
    {
        i++;
        OLED_ShowNum(1, 1, i, 3);
        R_BSP_SoftwareDelay(500, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    }

三、测评结果与分析

3.1 功能验证结果

3.2 RA6E2适配优势分析

1. GPIO灵活性：RA6E2的GPIO口支持灵活的输出模式配置，软件IIC可任意选择空闲GPIO，无需受硬件IIC引脚限制；
2. 时序控制精准：RA6E2的Cortex-M33内核主频达200MHz，软件延时函数可精准匹配IIC时序要求，无明显抖动；
3. 低资源占用：软件IIC驱动仅占用少量GPIO和CPU资源，剩余外设（如UART、SPI）可正常使用，适合多任务场景；
4. FSP库易用性：瑞萨FSP库的GPIO操作接口简洁，无需手动配置寄存器，降低了软件IIC的开发门槛。

四、测评总结与建议

4.1 核心结论

1. 瑞萨地奇星RA6E2测评板可稳定实现软件IIC驱动OLED数字显示，功能完整、通信可靠，满足入门级嵌入式开发的需求；
2. 软件IIC方案相比硬件IIC更灵活，适配测评板的GPIO资源特点，开发成本低、易调试；
3. RA6E2的高性能内核和简洁的FSP库大幅降低了底层驱动开发难度，适合新手快速上手。

4.2 优化建议

1. 时序优化：可通过SysTick定时器替代空循环延时，进一步提升软件IIC的时序稳定性；
2. 功能扩展：增加负数、小数显示功能，适配更多数字显示场景；
3. 功耗优化：非显示时段可将OLED进入休眠模式，结合RA6E2的低功耗模式降低整体功耗；
4. 调试优化：新增IIC通信状态打印（通过UART），便于快速定位通信异常问题。

4.3 适用场景

本方案适用于瑞萨RA6E2开发板的入门级外设驱动开发、教学演示、小型嵌入式设备的数字显示场景（如温湿度数值显示、计数器显示等），尤其适合无硬件IIC外设或硬件IIC被占用的场景。