NodeMCU에서 I2C 통신을 이용하여 OLED 디스플레이에 표시하기

준비물:

NodeMCU 개발보드 1개, OLED SSD1306 디스플레이 1개, micro-USB 케이블 1개, 브레스보드

그림 1. 준비물

개발환경

아두이노 스케치 1.8.9

Wire 라이브러리 https://www.arduino.cc/en/reference/wire

ESP8266 OLED SSD1306 라이브러리   https://github.com/ThingPulse/esp8266-oled-ssd1306

I2C란

I2C 버스는 80년대 초반에 저속의 부품들을 연결하기 위한 목적으로 필립스에서 개발한 직렬버스이다. "Inter IC"라고도 하며, IIC, I2C 버스라고도 한다. I2C 통신은 다음과 같은 특징들을 갖는다.

• SDA, SCL 등 2개의 통신선만 사용하므로 구성이 간단하다.
• 마스터-슬레이브 관계로 연결하여 1:n 연결이 가능하다. 슬레이브는 고유의 주소로 구분한다.
• 통신 최대속도는 100Kbit/s이며, Fast mode(400Kbit/s), High speed mode(3.4Mbit/s)도 지원한다.

실습내용

아두이노의 경우 디폴트로 SDA와 SCL을 위해 GPIO4 핀과 GPIO5 핀이 지정되어 있지만, ESP8266의 경우 소프트웨어적인 방식으로 구현되어 있기 때문에 임의의 핀을 이용할 수 있다. 여기서는 D1(GPIO5), D2(GPIO4)핀을 SCL과 SDA로 지정했다. ESP8266은 마스터로 동작하며 OLED 디스플레이는 슬레이브로 동작한다.

Wire 라이브러리

ESP8266(마스터)에서 OLED 디스플레이(슬레이브)로의 데이터 전송은 먼저 버퍼를 준비하고, 버퍼에 데이터를 기록한 후 버퍼의 내용을 전달하는 3단계로 진행된다.

멤버 함수들을 사용하기 위해 우선 헤더 파일을 추가한다.

#include <Wire.h>

초기화

void begin(int sda, int scl)

• sda: SDA(Serial data) 핀 번호
• scl: SCL(Serial clock) 핀 번호

데이터 전송

슬레이브로의 데이터 전송은 beginTransmission 함수를 사용하여 전송을 위해 버퍼를 초기화하고, write 함수로 버퍼에 데이터를 기록한 후, endTransmission 함수로 버퍼에 기록된 데이터를 전송.

void beginTransmission(uint8_t address)
void beginTransmission(int address)

• address: 슬레이브 주소

size_t write(uint8_t data)
size_t write(const unint_8 *date, size_t quantity)

• data: 전송할 단일 바이트 또는 바이트 배열에 대한 포인터
• quantity: 전송할 바이트 수
• RETURN: 전송된 바이트 수

uint8_t endTransmission(void)
uint8_t endTransmission(uint8_t sendStop)

• sendStop: 요청 완료 후 정지 메시지 전송 여부 (false: 전송 완료 후 연결 유지. 다른 마스터 장치가 데이터 전송 불가능. 디폴트 true.)
• RETURN: 전송 상태 메시지 (성공시 0 리턴. 오류 값 리턴)

마스터(ESP8266)가 requsestFrom 함수를 이용하여 특정 주소의 슬레이브에게 지정된 바이트 수만큼 데이터를 요청한 뒤 데이터 수신을 대기한다. 수신 여부는 available 함수를 통해 확인한다.

데이터 수신

uint8_t requestFrom(uint8_t address, uint8_t quantity)
uint8_t requestFrom(uint8_t address, uint8_t quantity, uint8_t sendStop)

• address: 슬레이브 주소
• quantity: 요청 바이트 수
• sendStop: 요청 완료 후 정지 메시지 전송(true, false 전송 유지)
• RETURN: 슬레이브 장치로부터 전송된 바이트 수

int available(void)

• RETURN: 버퍼 내 수신된 데이터 바이트 수

int read(void)

• RETURN: 수신 버퍼의 한 바이틀 읽어서 반환

ESP8266 OLED SSD1306 라이브러리

헤더 파일 추가 및 초기화

#include "SSD1306Wire.h"

SSD1306Wire DISPLAY(0x3c, D3, D5);        // NodeMCU D3 핀과 D5핀을 SDA와 SCL로 설정
// SSD1306Wire DISPLAY(0x3c, SDA, SCL);    // ADDRESS, SDA, SCL

디스플레이 제어

// 디스플레이 초기화
void init();

// 디스플레이가 사용하는 메모리를 비움
void end();

// 초기화 반복
void resetDisplay(void);

// I2C를 이용하여 디스플레이에 다시 연결
void reconnect(void);

// 디스플레이 켜기
void displayOn(void);

// 디스플레이 끄기
void displayOff(void);

// 버퍼를 디스플레이 메모리에 기록 (디스플레이에 출력됨)
void display(void);

// 디스플레이 반전 시킴
void invertDisplay(void);

// 디스플레이 반전 해제
void normalDisplay(void);

// 디스플레이 콘트라스트 조정
void setContrast(uint8_t contrast, uint8_t precharge = 241, uint_8_t comdetect = 64);

// 디스플레이 상하 뒤집기
void flipScreenVertically();

픽셀 그리기

// 색상 지정 (컬러 지원 OLED의 경우)
void setColor(OLEDDISPLAY_COLOR color);

// 좌표 값에 픽셀 그리기
void setPixel(int16_t x, int16_t y);

// 두 좌표 값으로 선 그리기
void drawLine(int16_t x0, int16_t y0, int16_t x1, int16_t y1);

// 좌표를 기준으로 사각형 그리기
void drawRect(int16_t x, int16_t y, int16_t width, int16_t height);

// 좌표를 기준으로 채워진 사각형 그리기
void fillRect(int16_t x, int16_t y, int16_t width, int16_t height);

// 원그리기
void drawCircle(int16_t x, int16_t y, int16_t radius);

// 채워진 원그리기
void fillCircle(int16_t x, int16_t y, int16_t radius);

// 가로선 그리기
void drawHorizontalLine(int16_t x, int16_t y, int16_t length);

// 세로선 그리기
void drawVerticalLine(int16_t x, int16_t y, int16_t length);

// 진행바 그리기 (progress 값 0 ~ 100)
void drawProgressBar(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t width, uint16_t height, uint_t progress);

// 이미지 비트맵 그리기
void drawFastImage(int16_t x, int16_t y, int16_t width, int16_t height, const uint8_t *image);

// XBM 그리기
void drawXBM(int16_t x, int16_t y, int16_t width, int16_t height, const char *xbm);

텍스트 명령

void drawString(int16_t x, int16_t y, String text);

// 정해진 폭 범위 내에 최대한 표시. 주어진 폭 길이보다 넓게 글을 표시할 경우 공백이나 '-' 표시후 개행
void drawStringMaxWidth(int16_t x, int16_t y, int16_t maxLineWidth, String text);

uint16_t getStringWidth(const char* text, uint16_t length);

uint16_t getStringWidth(String text);

// 정렬
void setTextAlignment(OLEDDISPLAY_TEXT_ALIGNMENT textAlignment);

// 폰트 설정
// ArialMT_Plain_10, ArialMT_Plain_16, ArialMT_Plain_24
void setFont(const uint8_t* fontData);

UI 라이브러리 (OLEDDisplayUi)

Ui 라이브러리는 Frame과 Overay라고 하는 기본적인 UI 요소들의 집합으로 구성되어 있다. Frame은 움직이는 화면을 Overay는 정지된 화면을 제어한다.

// 초기화
void init();

// 초당 프레임 수 지정
void setTargetFPS(uint_t fps);

// 프레임 자동 전환
void enableAutoTransition();
void disableAutoTransition();

// 자동 전환 설정시 전환 방향 지정
void setAutoTransitionForwards();
void setAutoTransitionBackwards();

// 시간당 표시 프레임
void setTimePerFrame(uint16_t time);

// 전환 시간
void setTimePerTransition(uint16_t time);

void enalbeIndicator();
void disableIndicator();

void enableAllIndicators();
void disableAllIndicators();

void setIndicatorPosition(IndicatorPosition pos);

void setIndicatorDirection(IndicatorDirection dir);

void setActiveSymbol(const char* symbol);
void setInactiveSymbol(const char* symbol);

void setFrameAnimation(AnimationDirection dir);

void setFrames(FrameCallback* frameFunctions, uint8_t frameCount);

void setOverlays(OverlayCallback* overlayFunctions, uint8_t overlayCount);

void setLoadingDrawFunction(LoadingDrawFunction loadingDrawFunction);

void runLoadingProcess(LoadingStage* stages, uint8_t stagesCount);

void nextFrame();
void previousFrame();

void switchToFrame(uint8_t frame);

void transitionToFrame(uint8_t frame);

OLEDDisplayUiState* getUiState();

int8_t update();