実験8　IIC通信：LCD画面への情報表示

実験の目的：

LCDに文字や数字などの情報を表示し、フォントサイズを調整できるようにします。
STM32 GPIO周辺機能ピンの設定方法を習得し、IIC通信の仕組みを理解してIICインターフェースを活用します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARMプロジェクトファイルを生成できるようにします。
keil IDEでユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストを行えるようにします。

機能要件：

LCD画面に点、線、面、画像、漢字などの情報を表示します。

ハードウェアの準備：

STM32メインボード V1.3 * 1、ST-Linkダウンロードケーブル * 1、3Sバッテリーボックス * 1、リチウム電池 * 3、LCDディスプレイ * 1、接続ケーブル数本

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】

バッテリーおよび電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

LCDディスプレイのピン	STM32のピン
GND	GND
VDD	VCC_5V
SCL	PB8
SDA	PB7

実物の配線

ソフトウェア設計：

プロジェクトのダウンロード

ソースコードのリンク：（HumansX サポートより提供） LCD _module.zip

プログラムコード

主要コード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "RSCG12864B.H"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  //LL_mDelay(500);
  LL_mDelay(500);
  reset(0);           // 复位屏幕
  display_on(0);      // 开启显示
  clear(0);           // 清屏
  set_brightness(0x10); // 设置最大亮度
  //set_brightness(0x10);         //设置屏幕亮度(0~0xff)数值越大,屏幕越亮
  uint16_t screen_width = 128;  //设置屏幕宽度分辨率
  uint16_t screen_height = 64;  //设置屏幕高度分辨率
  uint8_t  step = 4;            //设置每次增加的细分
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    //清屏
    clear(0);
    draw_font(  0,      0,   128,  64, image128x64);  //图片显示测试
    HAL_Delay(3000);

    //清屏
    clear(0);
    draw_font(2,   10,   16,   16, you_16x16);            //在屏幕的(2,10)位置，显示16x16的 “有”
    draw_font(24,   30,   20,   20, ni_20x20);             //在屏幕的(24,30)位置，显示20x20的 “你”
    draw_font(52,     0,   32,   32, tong_32x32);        //在屏幕的(52,0)位置，显示32x32的 “同”
    draw_font(88,     0,   32,   64, chuang_32x64);   //在屏幕的(88,0)位置，显示32x64的 “创”
    HAL_Delay(3000);
    //=====================================-画点-===================================== 画点
    clear(0);//清屏
    for(int i=0; i<screen_width; i+=4) {
        uint8_t point_x = get_random(128); //获取0到128随机数
        uint8_t point_y = get_random(64);  //获取0到64随机数
        //printf("pointx: %d point_y: %d \r\n", point_x, point_y);
        draw_point(point_x, point_y);
        HAL_Delay(50);
    }
    HAL_Delay(300);

    //======================================-画直线-=================================== 画线
    clear(0);//清屏
    //从上到下画直线
    for(int i=0; i<screen_height; i+=4) { show_line(0, i, screen_width,i); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从下到上画直线
    for(int i=64; i>0; i-=4) { show_line(0, i, screen_width,i); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从左往右画直线
    for(int i=0; i<screen_width; i+=4) { show_line(i, 0, i,screen_height); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从右往左画直线
    for(int i=128; i>0; i-=4) { show_line(i, 0, i,screen_height); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);


    //======================================-画空心矩形-=================================== 画空心矩形
    //模式1:从外向内画矩形
    clear(0);//清屏
    for(U8 offset = 0; offset < screen_width/2 && offset < screen_height/2; offset += step){
        show_line_rectangle(offset,offset,screen_width - 1 - offset,screen_height - 1 - offset);
        HAL_Delay(120);
    }

    clear(0);//清屏
    //模式2:从内向外画矩形
    for(U8 offset = screen_height/2 - step; offset > 0; offset -= step){
        show_line_rectangle(offset,offset,screen_width - 1 - offset,screen_height - 1 - offset);
        HAL_Delay(120);
        if(offset == 0) offset = 0;
    }
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画实心矩形-=================================== 画实心矩形
    clear(0);//清屏
    show_fill_rectangle(0,0,20,36);   HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(0,44,88,64);  HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(98,0,128,64); HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(30,0,88,24);  HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画空心圆-=================================== 画空心圆
    clear(0);//清屏
    show_circle(10,  10, 10); HAL_Delay(300);
    show_circle(117, 10, 10); HAL_Delay(300);
    show_circle(64,  32,  3); HAL_Delay(300);
    show_circle(28,  44,  7); HAL_Delay(300);
    show_circle(53,  45,  6); HAL_Delay(300);
    show_circle(100, 48,  15); HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画实心圆-=================================== 画实心圆
    clear(0);//清屏
    show_fill_circle(100, 48,  15); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(53,  45,   6); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(28,  44,   7); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(64,  32,   3); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(117, 10,  10); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(10,  10,  10); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(64,  20,   3); HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-显示其他-=================================== 显示其他
    clear(0);//清屏
    show_string(0,20,(U8 *)"QQ:811348489");
    HAL_Delay(2500);

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMXでピン割り当てと周辺機能の初期化設定を行い、設定コードを生成します。

(2) keil5でMDK_ARMプロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは次のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成とMCUの設定

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX を起動し、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、型番の列をクリックしてから、Start Project をクリックしてプロジェクトの設定を開始します。

プロジェクト設定画面は次のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で、RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶振動子またはセラミック発振子）に設定します。

設定に成功すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振器（HSE）を接続し、システムに高精度なクロック源を供給します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）。

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug モードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン出力（pinout）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、詳細を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

次の順序でクロックパラメータを設定します。1. input frequency の値を 8 に変更、2. HSE を選択、3. PLLCLK を選択、4. HCLK の値を 84 に変更。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、赤くハイライトされてエラーが表示されます。

2. MCU初期化パラメータの設定

2.1 USARTシリアルポートの設定

PA9 と PA10 を USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIOをクリックし、ピンを設定します（この時点ではUSART1が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity → USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1の設定後、関連ピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は次のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意に設定してください）。

プロジェクトの保存先を選択します（Cドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョン。

（ヒント：デフォルトでは Use latest available version にチェックが入っています。ただし、PCに最新バージョンがない場合はエラーになるため、パッケージを各自でダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は下記リンクを参照してください。

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の設定が完了すると、下図のようになります。

2.Project Mannager > Code Generator ウィンドウを次のように設定します。

3.Project Mannager > Advanced Settings ウィンドウで、HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File → Save Project をクリックします。

3. GPIO設定：LCDのパラメータ

IICピンの設定。

(1) GPIOをクリックし、Pinout view 画面下部で PB8 を検索すると、該当するピンが点滅します。点滅しているピンを左クリックし、I2C1_SCL を選択します。

PB7 を左クリックし、I2C1_SDA を選択します。（ヒント： I2C1 がまだ設定されていないため、ピンに黄色の警告が表示されます。）

(2) Connectivity → I2C1 をクリックし、モードを I2C に設定します（設定後、関連ピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：プロジェクトファイルは必ず再度保存してください（主にパラメータを保存するためです）。File → Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動生成されます。

コードの生成に成功しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、keilエディタでユーザーコードを追加し、コンパイル・デバッグを行います。

ヒント1：例えば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自分で記述しても構いません。（コード解説）に掲載したサンプルを参考に学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 → プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

書き込み方法は参考リンク（UNI-STM32開発環境の設定の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

(2) ST-LinkとPCを接続しているケーブルを外し、STM32開発ボードからも取り外します。

(3) STM32開発ボードをLCDディスプレイに接続し、Type-Cケーブルでメインボードを PC に接続します。

(4) メインボードの電源スイッチをオンにし、動作を確認します。

実験結果

表示できる情報の一部は次のとおりです。


図形	さまざまなサイズの文字を表示

点・数字の描画	さまざまなサイズ・色の図形を描画

LCD画面に漢字や画像を表示するためのデータ生成方法：LCD画面に漢字・画像情報を表示する方法

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードの取り込み方法

1つ目の方法は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダに取り込み、keil5 IDEで .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルの取り込み：keilで既存のユーザーファイルを取り込む方法を参照してください。

2つ目の方法は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

(1) まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主にSTM32CubeMXによって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに実現したい機能を追加・補完します。具体的には /* USER xx で始まり、終わる部分のコードを確認してください。下図の赤で示した部分が追加したユーザーコードです。

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    //清屏
    clear(0);
    draw_font(  0,      0,   128,  64, image128x64);  //图片显示测试
    HAL_Delay(3000);

    //清屏
    clear(0);
    draw_font(2,   10,   16,   16, you_16x16);            //在屏幕的(2,10)位置，显示16x16的 “有”
    draw_font(24,   30,   20,   20, ni_20x20);             //在屏幕的(24,30)位置，显示20x20的 “你”
    draw_font(52,     0,   32,   32, tong_32x32);        //在屏幕的(52,0)位置，显示32x32的 “同”
    draw_font(88,     0,   32,   64, chuang_32x64);   //在屏幕的(88,0)位置，显示32x64的 “创”
    HAL_Delay(3000);
    //=====================================-画点-===================================== 画点
    clear(0);//清屏
    for(int i=0; i<screen_width; i+=4) {
        uint8_t point_x = get_random(128); //获取0到128随机数
        uint8_t point_y = get_random(64);  //获取0到64随机数
        //printf("pointx: %d point_y: %d \r\n", point_x, point_y);
        draw_point(point_x, point_y);
        HAL_Delay(50);
    }
    HAL_Delay(300);

    //======================================-画直线-=================================== 画线
    clear(0);//清屏
    //从上到下画直线
    for(int i=0; i<screen_height; i+=4) { show_line(0, i, screen_width,i); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从下到上画直线
    for(int i=64; i>0; i-=4) { show_line(0, i, screen_width,i); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从左往右画直线
    for(int i=0; i<screen_width; i+=4) { show_line(i, 0, i,screen_height); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);

    clear(0);//清屏
    //从右往左画直线
    for(int i=128; i>0; i-=4) { show_line(i, 0, i,screen_height); HAL_Delay(50); }
    HAL_Delay(300);


    //======================================-画空心矩形-=================================== 画空心矩形
    //模式1:从外向内画矩形
    clear(0);//清屏
    for(U8 offset = 0; offset < screen_width/2 && offset < screen_height/2; offset += step){
        show_line_rectangle(offset,offset,screen_width - 1 - offset,screen_height - 1 - offset);
        HAL_Delay(120);
    }

    clear(0);//清屏
    //模式2:从内向外画矩形
    for(U8 offset = screen_height/2 - step; offset > 0; offset -= step){
        show_line_rectangle(offset,offset,screen_width - 1 - offset,screen_height - 1 - offset);
        HAL_Delay(120);
        if(offset == 0) offset = 0;
    }
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画实心矩形-=================================== 画实心矩形
    clear(0);//清屏
    show_fill_rectangle(0,0,20,36);   HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(0,44,88,64);  HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(98,0,128,64); HAL_Delay(300);
    show_fill_rectangle(30,0,88,24);  HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画空心圆-=================================== 画空心圆
    clear(0);//清屏
    show_circle(10,  10, 10); HAL_Delay(300);
    show_circle(117, 10, 10); HAL_Delay(300);
    show_circle(64,  32,  3); HAL_Delay(300);
    show_circle(28,  44,  7); HAL_Delay(300);
    show_circle(53,  45,  6); HAL_Delay(300);
    show_circle(100, 48,  15); HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-画实心圆-=================================== 画实心圆
    clear(0);//清屏
    show_fill_circle(100, 48,  15); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(53,  45,   6); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(28,  44,   7); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(64,  32,   3); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(117, 10,  10); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(10,  10,  10); HAL_Delay(300);
    show_fill_circle(64,  20,   3); HAL_Delay(300);
    HAL_Delay(150);

    //======================================-显示其他-=================================== 显示其他
    clear(0);//清屏
    show_string(0,20,(U8 *)"QQ:811348489");
    HAL_Delay(2500);

    /* USER CODE END WHILE */

(2) 上記の赤で示したコードを自分のプロジェクトの main.c にコピーし、コンパイル・書き込みを行って動作を確認します。

技術サポート・お問い合わせ

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実験8 IIC通信：LCD画面への情報表示