一、OLED的基础介绍
OLED的定义和优势
OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display， OELD）。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够节省电能。
二、ALINETEK的0.96寸OLED模块
1.模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。单色模块每个像素点只有亮与不亮两种情况，没有颜色区分；
2.尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块尺寸为 27mm（长）*26mm（宽）*4mm（高）；
3.高分辨率，该模块的分辨率为128*64；
4.多种接口方式，该模块提供了总共4种接口。包括：6800、8080两种并行接口方式、 4线的串行SPI接口方式、IIC接口方式；
5.不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。带字库，可显示标准的国标简体（GB2312）汉字、8*16 点 ASCII 粗体字库、7*8点 ASCII 字库、5*7 点 ASCII 字库。
6.这里要提醒大家的是，有的模块不和5.0V接口兼容，所以请大家在使用的时候一定要小心，别直接接到5V的系统上去，否则可能烧坏模块。以上4种模式通过模块的BS0~2设置，BS0~2的设置与模块接口模式的关系如表所示：
OLED模块接口方式设置表（表中：“1”代表接VCC，而“0”代表接GND。）
三、OLED模块实物图与原理图
模块采用8*2的2.54排针与外部连接，总共有16个管脚，在16条线中，我们只用了15条，有一个是悬空的，除掉电源和地线占了2条，还剩下13条信号线。在8080模式下，需要全部13条，而在IIC模式下，仅需要2条线就够了。这其中有一条是共同的，那就是复位线RST（RES），RST上的低电平，将导致OLED复位，在每次初始化之前，都应该复位一下OLED模块。下面是OLED模块的具体实物图：
ALIENTEK OLED模块默认设置的是BS0接GND，BS1和BS2接VCC ，即使用8080并口方式，如果你想要设置为其他模式，则需要在OLED的背面，用烙铁修改BS0~2的设置。
一种是8080的并口方式，另外一种是4线SPI方式。
首先我们介绍一下模块的8080并行接口，8080并行接口的发明者是INTEL，该总线也被广泛应用于各类液晶显示器，ALIENTEK OLED模块也提供了这种接口，使得MCU可以快速的访问OLED。ALIENTEK OLED模块的8080接口方式需要如下一些信号线：
CS：OLED片选信号。
WR：向OLED写入数据。
RD：从OLED读取数据。
D[7：0]：8位双向数据线。
RST(RES)：硬复位OLED。
DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。
图1.1 OLED的8080并行接口方式原理图 图1.2 OLED的4线SPI接口方式
四、OLED8080并口读写过程
模块的8080并口读/写的过程为：
1、将数据放到数据口；
2、根据要写入/读取的数据的类型，设置DC（RS）为高（数据）/低（命令）；
3、拉低片选，选中SSD1306；
4、接着我们根据是读数据，还是要写数据置RD/WR为低；
5、读数据过程：在RD的上升沿， 使数据锁存到数据线（D[7：0]）上；
6、写数据过程：在WR的上升沿，使数据写入到SSD1306里面；
7、拉高CS和DC（RS）。
SSD1306的8080并口写时序图如图1.3所示： SSD1306的8080并口读时序图如图1.4所示
图1.3 8080并口写时序图 图1.4 8080并口读时序图
在8080方式下读数据操作的时候，我们有时候（例如读显存的时候）需要一个假读命（Dummy Read），以使得微控制器的操作频率和显存的操作频率相匹配。在读取真正的数据之前，由一个的假读的过程。这里的假读，其实就是第一个读到的字节丢弃不要，从第二个开始，才是我们真正要读的数据。一个典型的读显存的时序图，如图1.5所示：
图1.5 读显存时序图
可以看到，在发送了列地址之后，开始读数据，第一个是Dummy Read，也就是假读，我们从第二个开始，才算是真正有效的数据。
五、OLED模块显存已经显示原理
OLED本身是没有显存的，它的显存是依赖于SSD1306提供的（之后讲解的TFTLCD是本身自带显存，利用FSMC来进行控制）。而SSD1306提供一块显存，芯片具体的讲解见下文。SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页。每页包含了128个字节，总共8页，这样刚好是128*64的点阵大小。
程序显示原理
在STM32的内部建立一个缓存（共128*8个字节），在每次修改的时候，只是修改STM32上的缓存（实际上就是SRAM），在修改完了之后，一次性把STM32上的缓存数据写入到OLED的GRAM。
SSD1306芯片简介
SSD1306是一个单片CMOS、OLED/PLED驱动芯片可以驱动有机/聚合发光二极管点阵图形显示系统。由128 segments 和64 Commons组成。该芯片专为共阴极OLED面板设计。
SSD1306中嵌入了对比度控制器、显示RAM和晶振，并因此减少了外部器件和功耗。有256级亮度控制。数据/命令的发送有三种接口可选择：6800/8000串口，I2C接口或SPI接口。适用于多数简介的应用，注入移动电话的屏显，MP3播放器和计算器等。
六、GPIO模拟SPI
1.引脚定义
GND 地
VCC 电源，3.3V~5V
D0 4 线 ISP 接口模式：时钟线（CLK） PA4
D1 4 线 ISP 接口模式：串行数据线（MOSI）PA3
RES 4 线 ISP 接口模式：命令/数据标志位（RET复位）PA2
DC 命令/数据标志位 A1
CS OLED 片选
2.时序图
模块只支持向模块写数据不能读数据，所以只需要写SPI发送即可
3、程序思路
"SPI.h"
#define OLED_CMD 0 //命令声明
#define OLED_DATA 1 //数据声明 #define OLED_CLK PAout(4) // CLK时钟 d0 #define OLED_MOSI PAout(3) // MOSI d1 #define OLED_RST PAout(2) // RET复位 ret #define OLED_DC PAout(1) // 命令|数据 dc （0表传输命令1表传输数据） void OLED_SPI_Init(void); //配置MCU的SPI void SPI_WriteByte(uint8_t addr,uint8_t data); //向寄存器地址写一个byte的数据 void WriteCmd(unsigned char cmd); //写命令 void WriteDat(unsigned char data); //写数据 "SPI.c"
/*************************************************************************/
/*函数功能: GPIO模拟SPI端口初始化 */
/*************************************************************************/
void OLED_SPI_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);//使能PA端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4; //端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数初始化GPIOA
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 通过SPIO软件模拟SPI通信协议,向模块(SSD1306)写入一个字节 */
/*入口参数： */
/* data：要写入的数据/命令 */
/* cmd ：数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据; */
/*************************************************************************/
void SPI_WriteByte(unsigned char data,unsigned char cmd)
{
unsigned char i=0;
OLED_DC =cmd;
OLED_CLK=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_CLK=0;
if(data&0x80)OLED_MOSI=1; //从高位到低位
else OLED_MOSI=0;
OLED_CLK=1;
data<<=1;
}
OLED_CLK=1;
OLED_DC=1;
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 写命令 */
/*************************************************************************/
void WriteCmd(unsigned char cmd)
{
SPI_WriteByte(cmd,OLED_CMD);
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 写数据 */
/*************************************************************************/
void WriteData(unsigned char data)
{
SPI_WriteByte(data,OLED_DATA);
}
.SSD1306的命令
1.SSD1306显存为128*64bit大小, SSD1306将全部显存分为8页,每页128字节
2.ssd1306常用命令
第一个命令为0X81，用于设置对比度的，这个命令包含了两个字节，第一个0X81为命令，随后发送的一个字节为要设置的对比度的值。这个值设置得越大屏幕就越亮。
第二个命令为0XAE/0XAF。0XAE为关闭显示命令；0XAF为开启显示命令。
第三个命令为0X8D，该指令也包含2个字节，第一个为命令字，第二个为设置值，第二个字节的BIT2表示电荷泵的开关状态，该位为1，则开启电荷泵，为0则关闭。在模块初始化的时候，这个必须要开启，否则是看不到屏幕显示的。
第四个命令为0XB0~B7，该命令用于设置页地址，其低三位的值对应着GRAM的页地址。发送一个字节,高5位固定。位0-位2, X[2:0]共3位, 值范围0-7对应页0-7地址(共8页)
第五个指令为0X00~0X0F，该指令用于设置显示时的起始列地址低四位。高四位固定，低四位设置列地址起始低四位。
第六个指令为0X10~0X1F，该指令用于设置显示时的起始列地址高四位。高四位固定，低四位设置列地址起始高四位。
其他命令，我们就不在这里一一介绍了，大家可以参考SSD1306 datasheet的第28页。从这页开始，对SSD1306的指令有详细的介绍。
最后，我们再来介绍一下OLED模块的初始化过程，SSD1306的典型初始化参考下面初始化OLED模块程序步骤。
STM32控制程序
- 设置STM32与OLED模块相连接的IO设置为输出；
- 初始化OLED模块（步骤：硬复位SSD1306RST=0 延时10ms RST=1、驱动IC初始化程序建议复位所有寄存器、开启显示、清零显存、开始显示）；
- 通过函数将字符和数字显示到OLED模块上。
"SPI.h"
#define OLED_CMD 0 //命令声明
#define OLED_DATA 1 //数据声明
#define OLED_CLK PAout(4) // CLK时钟 d0
#define OLED_MOSI PAout(3) // MOSI d1
#define OLED_RST PAout(2) // RET复位 ret
#define OLED_DC PAout(1) // 命令|数据 dc （0表传输命令1表传输数据）
void OLED_SPI_Init(void); //配置MCU的SPI
void SPI_WriteByte(uint8_t addr,uint8_t data); //向寄存器地址写一个byte的数据
void WriteCmd(unsigned char cmd); //写命令
void WriteDat(unsigned char data); //写数据
"SPI.c"
/*************************************************************************/ /*函数功能: GPIO模拟SPI端口初始化 */ /*************************************************************************/ void OLED_SPI_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);//使能PA端口时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4; //端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度为50MHz GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数初始化GPIOA } /*************************************************************************/ /*函数功能: 通过SPIO软件模拟SPI通信协议,向模块(SSD1306)写入一个字节 */ /*入口参数： */ /* data：要写入的数据/命令 */ /* cmd ：数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据; */ /*************************************************************************/ void SPI_WriteByte(unsigned char data,unsigned char cmd) { unsigned char i=0; OLED_DC =cmd; OLED_CLK=0; for(i=0;i<8;i++) { OLED_CLK=0; if(data&0x80)OLED_MOSI=1; //从高位到低位 else OLED_MOSI=0; OLED_CLK=1; data<<=1; } OLED_CLK=1; OLED_DC=1; } /*************************************************************************/ /*函数功能: 写命令 */ /*************************************************************************/ void WriteCmd(unsigned char cmd) { SPI_WriteByte(cmd,OLED_CMD); } /*************************************************************************/ /*函数功能: 写数据 */ /*************************************************************************/ void WriteData(unsigned char data) { SPI_WriteByte(data,OLED_DATA); }
"OLED.h"
void OLED_Init(void);//初始化OLED
void OLED_ON(void);//唤醒OLED
void OLED_OFF(void);//OLED休眠
void OLED_Refresh_Gram(void);//更新显存到OLED
void OLED_Clear(void);//清屏
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 t);//画点
void OLED_Fill(u8 x1,u8 y1,u8 x2,u8 y2,u8 dot);//填充
void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size,u8 mode);//显示字符
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 size);//显示2个数字
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,const u8 *p,u8 size);//显示字符串
"OLED.c"
//OLED的显存
//存放格式如下.
//[0]0 1 2 3 ... 127
//[1]0 1 2 3 ... 127
//[2]0 1 2 3 ... 127
//[3]0 1 2 3 ... 127
//[4]0 1 2 3 ... 127
//[5]0 1 2 3 ... 127
//[6]0 1 2 3 ... 127
//[7]0 1 2 3 ... 127
u8 OLED_GRAM[128][8];
/*************************************************************************/
/*函数功能: 软延时 */
/*************************************************************************/
void OLED_DLY_ms(unsigned int ms)
{
unsigned int a;
while(ms)
{
a=1335;
while(a--);
ms--;
}
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 初始化OLED模块 */
/*************************************************************************/
void OLED_Init(void)
{
OLED_SPI_Init();
OLED_CLK = 1;
OLED_RST = 0;
OLED_DLY_ms(100);
OLED_RST = 1;
//从上电到下面开始初始化要有足够的时间，即等待RC复位完毕
WriteCmd(0xAE); // Display Off (0x00)
WriteCmd(0xD5);
WriteCmd(0x80); // Set Clock as 100 Frames/Sec
WriteCmd(0xA8);
WriteCmd(0x3F); // 1/64 Duty (0x0F~0x3F)
WriteCmd(0xD3);
WriteCmd(0x00); // Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)
WriteCmd(0x40 | 0x00); // Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)
WriteCmd(0x8D);
WriteCmd(0x10 | 0x04); // Enable Embedded DC/DC Converter (0x00/0x04)
WriteCmd(0x20);
WriteCmd(0x02); // Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)
WriteCmd(0xA0 | 0x01); // Set SEG/Column Mapping
WriteCmd(0xC0); // Set COM/x Scan Direction
WriteCmd(0xDA);
WriteCmd(0x02 | 0x10); // Set Sequential Configuration (0x00/0x10)
WriteCmd(0x81);
WriteCmd(0xCF); // Set SEG Output Current
WriteCmd(0xD9);
WriteCmd(0xF1); // Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock
WriteCmd(0xDB);
WriteCmd(0x40); // Set VCOM Deselect Level
WriteCmd(0xA4 | 0x00); // Disable Entire Display On (0x00/0x01)
WriteCmd(0xA6 | 0x00); // Disable Inverse Display On (0x00/0x01)
WriteCmd(0xAE | 0x01); // Display On (0x01)
OLED_Clear(); //初始清屏
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 将OLED从休眠中唤醒 */
/*************************************************************************/
void OLED_ON(void)
{
WriteCmd(0X8D); //设置电荷泵
WriteCmd(0X14); //开启电荷泵
WriteCmd(0XAF); //OLED唤醒
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 将OLED休眠 -- 休眠模式下,OLED功耗不到10uA */
/*************************************************************************/
void OLED_OFF(void)
{
WriteCmd(0X8D); //设置电荷泵
WriteCmd(0X10); //关闭电荷泵
WriteCmd(0XAE); //OLED休眠
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 更新显存到OLED */
/*************************************************************************/
void OLED_Refresh_Gram(void)
{
u8 i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
WriteCmd(0xb0+i); //设置页地址（0~7）
WriteCmd(0x00); //设置显示位置—列低地址
WriteCmd(0x10); //设置显示位置—列高地址
for(n=0;n<128;n++)WriteData(OLED_GRAM[n][i]);
}
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 清屏 */
/*************************************************************************/
void OLED_Clear(void)
{
u8 i,n;
for(i=0;i<8;i++)for(n=0;n<128;n++)OLED_GRAM[n][i]=0X00;
OLED_Refresh_Gram();//更新显示
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 画点 */
/*入口参数： */
/* x：横坐标 0~127 */
/* y：纵坐标 0~63 */
/* dot:0,清空;1,填充 */
/*************************************************************************/
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 t)
{
u8 pos,bx,temp=0;
if(x>127||y>63)return;//超出范围了.
pos=7-y/8;
bx=y%8;
temp=1<<(7-bx);
if(t)OLED_GRAM[x][pos]|=temp;
else OLED_GRAM[x][pos]&=~temp;
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 填充 */
/*入口参数： */
/* x1,y1,x2,y2 填充区域的对角坐标 */
/* 确保x1<=x2;y1<=y2 0<=x1<=127 0<=y1<=63 */
/* dot:0,清空;1,填充 */
/*************************************************************************/
void OLED_Fill(u8 x1,u8 y1,u8 x2,u8 y2,u8 dot)
{
u8 x,y;
for(x=x1;x<=x2;x++)
{
for(y=y1;y<=y2;y++)OLED_DrawPoint(x,y,dot);
}
OLED_Refresh_Gram();//更新显示
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 在指定位置显示一个字符,包括部分字符 */
/*入口参数： */
/* x:0~12 */
/* y:0~63 */
/* mode:0,反白显示;1,正常显示 */
/* size:选择字体 16/12 */
/*************************************************************************/
void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size,u8 mode)
{
u8 temp,t,t1;
u8 y0=y;
u8 csize=(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2); //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数
chr=chr-' ';//得到偏移后的值
for(t=0;t<csize;t++)
{
if(size==12)temp=asc2_1206[chr][t]; //调用1206字体
else if(size==16)temp=asc2_1608[chr][t]; //调用1608字体
else if(size==24)temp=asc2_2412[chr][t]; //调用2412字体
else return; //没有的字库
for(t1=0;t1<8;t1++)
{
if(temp&0x80)OLED_DrawPoint(x,y,mode);
else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);
temp<<=1;
y++;
if((y-y0)==size)
{
y=y0;
x++;
break;
}
}
}
}
//m^n函数
u32 mypow(u8 m,u8 n)
{
u32 result=1;
while(n--)result*=m;
return result;
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 显示2个数字 */
/*入口参数： */
/* x,y :起点坐标 */
/* len :数字的位数 */
/* size:字体大小 */
/* mode:模式 0,填充模式;1,叠加模式 */
/* num:数值(0~4294967295) */
/*************************************************************************/
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 size)
{
u8 t,temp;
u8 enshow=0;
for(t=0;t<len;t++)
{
temp=(num/mypow(10,len-t-1))%10;
if(enshow==0&&t<(len-1))
{
if(temp==0)
{
OLED_ShowChar(x+(size/2)*t,y,' ',size,1);
continue;
}else enshow=1;
}
OLED_ShowChar(x+(size/2)*t,y,temp+'0',size,1);
}
}
/*************************************************************************/
/*函数功能: 显示字符串 */
/*入口参数： */
/* x,y:起点坐标 */
/* size:字体大小 */
/* *p:字符串起始地址 */
/*************************************************************************/
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,const u8 *p,u8 size)
{
while((*p<='~')&&(*p>=' '))//判断是不是非法字符!
{
if(x>(128-(size/2))){x=0;y+=size;}
if(y>(64-size)){y=x=0;OLED_Clear();}
OLED_ShowChar(x,y,*p,size,1);
x+=size/2;
p++;
}
}