基于N32G45的OLED驱动

基于N32G45的OLED驱动

1.OLED简介

  OLED，即有机发光二极管（ Organic Light Emitting Diode）。 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显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板(或柔性有机基板)，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著的节省耗电量。
  OLED也被称之为第三代显示技术。OLED不仅更轻薄、能耗低、亮度高、发光率好、可以显示纯黑色，并且还可以做到弯曲，如当今的曲屏电视和手机等。当今国际各大厂商都争相恐后的加强了对OLED技术的研发投入，使得OLED技术在当今电视、电脑（显示器）、手机、平板等领域里应用愈加广泛。

  本次选用OLED屏幕为0.96寸，驱动IC为SSD1306，驱动协议为SPI。分辨率为128*64；单色屏幕。采用页面寻址方式。

• 引脚说明

2.OLED驱动

  本示例采用硬件SPI来实现OLED屏幕驱动。

2.1 SPI简介

  SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议。
  SPI：高速同步串行口。是一种标准的四线同步双向串行总线，是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
  该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。
  SPI根据时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)的不同，能够产生4时钟时序。时钟极性(CPOL)控制时钟线空闲电平状态，时钟相位(CPHA)用来控制数据采样极性。

2.2 N32G45硬件SPI

  硬件SPI 可以工作在主模式或从模式，支持全双工和单工高速通讯模式，并且具有硬件 CRC 计算能力且可配置多主模式。
  I2S 可以工作在单工的主模式或从模式，支持 4 种音频标准：飞利浦 I2S 标准、 MSB 对齐标准、 LSB 对齐标准和 PCM 标准。这两种都是同步串行接口通讯协议。

• SPI 主要特性
• 全双工和单工同步模式
• 支持主模式、从模式和多主模式
• 支持 8bit 或 16bit 数据帧格式
• 数据位顺序可编程
• 硬件或软件片选管理
• 时钟极性和时钟相位可配置
• 发送和接收支持硬件 CRC 计算及校验
• 支持 DMA 传输功能
  
    为了连接外部设备， SPI 接口有 4 个引脚与外设器件连接，具体如下：
• SCLK：串行时钟引脚，该信号从主设备 SCLK 引脚输出，由从设备 SCLK 引脚输入
• MISO：主输入/从输出引脚，数据从主设备的 MISO 引脚输入，由从设备的 MISO 引脚输
• MOSI：主输出/从输入引脚，数据从主设备的 MOSI 引脚输出，由从设备的 MOSI 引脚输入
• NSS：片选引脚，有两种 NSS 引脚类型，外部引脚和内部引脚。如果内部引脚检测到高电平， SPI 工作在主模式，相反， SPI 工作在从模式。用户可以使用主设备的一个标准 I/O 引脚控制从设备的NSS 引脚
     SPI 是一个环形总线结构。主设备通过 SCK 管脚输出同步时钟信号，主设备的 MOSI 引脚连接到从设备的MOSI 引脚，并且主设备的 MISO 引脚连接到从设备的 MISO 引脚，以便数据可以在设备之间传输。主设备和从设备之间的连续数据传输，通过 MOSI 引脚发送数据到从设备，而从设备通过 MISO 引脚发送数据到主设备。
• SPI 时序模式
     通过设置 SPI_CTRL1.CLKPOL 位和 SPI_CTRL1.CLKPHA 位，用户可以选择数据捕获的时钟沿。
• 当 CLKPOL = 0, CLKPHA = 0，空闲时 SCLK 引脚将保持低电平，数据将在第一个时钟沿被采样，即上升沿。
• 当 CLKPOL = 0, CLKPHA = 1，空闲时 SCLK 引脚将保持低电平，数据将在第二个时钟沿被采样，即下降沿。
• 当 CLKPOL = 1, CLKPHA = 0，空闲时 SCLK 引脚将保持高电平，数据将在第一个时钟沿被采样，即下降沿。
• 当 CLKPOL = 1, CLKPHA = 1，空闲时 SCLK 引脚将保持高电平，数据将在第二个时钟沿被采样，即上升沿。

   注意：不管选择哪种时序模式，主设备和从设备的时序模式配置必须相同。

• SPI时序图
  

2.3 硬件SPI相关寄存器及配置

   以全双工为例，SPI的配置流程如下：

1. 设置SPI_CTRL1.SPIEN位为1，使能SPI模块；
2. 写待发送的第一个数据到SPI_DAT（这个写操作会清除SPI_STS.TE标志位）；
3. 等待SPI_STS.TE标志位置1后，再写入第二个待发送的数据到SPI_DAT寄存器，等待SPI_STS.RNE标志位置1后，读取SPI_DAT寄存器获得第一个接收的数据，读取SPI_DAT寄存器， SPI_STS.RNE标志位会清0。重复上述操作，发送后续的数据，同时接收第n-1个数据；
4. 等待SPI_STS.RNE置1后，读取最后一个数据；
5. 等待SPI_STS.TE标志位置1，等待SPI_STS.BUSY标志位清除后再关闭SPI模块。

• SPI_CTRL1寄存器

  CTRL1用于配置SPI工作模式，工作频率，时钟极性，使能SPI等参数。

• SPI_STS寄存器

  STS状态寄存器用于判断数据收发完成状态，中断标志，忙标志等。

• SPI_DAT寄存器

  DAT数据寄存器保存发送和接收的数据。

2.4 硬件SPI引脚定义

  本开发板有3个硬件SPI(SPI1、SPI2、SPI3)，还有一个QSPI，QSPI支持标准SPI模式，QSPI 是用于单/双/四线 SPI 外设通信的接口。可以在间接和内存映射 2 种模式下工作。

  以SPI1为例，通过SPI1驱动OLED屏幕。SPI1是挂载在APB2上，根据SPI_CTRL1寄存器介绍可知，SPI1的最高通讯速度为72MHZ/2=36MHZ。

• SPI1硬件接口
  
    根据开发板硬件原理图，PA5、PA6已接入按键，PB4、PB5已接入LED设备，所以为了保证不受干扰，可以开启SPI1完全重映像，使用PB2、PE7、PE8、PE9作为SPI1的硬件接口。
• SPI1重定向寄存器
    SPI1硬件重定向是通过SPI1_RMP_0和SPI1_RMP_1两位组合配置。SPI1_RMP_0是在SPI1_CTRL1的第0位；SPI1_RMP_1是在SPI1_CTRL3的第18位。
  
  
• 配置代码如下：

/*********************************OLED引脚初始化*************************
**D0  --- PE7 时钟线，SCLK 
**D1  ---PE9 数据线，MOSI 
**RES  ---PB12复位脚,低电平复位，高电平取消复位
**DC   ---PB1 数据命令选择线
**CS   ---PB2 片选线,低电平选中，高电平取消选中 
** 
**注意：使用硬件SPI1 --最高速度为36MHZ,使用SPI1的完全重映像
**作者：IT_阿水
*************************************************************************/
static void OLED_GPIO_Init(void)
{
  //开时钟
  RCC->APB2PCLKEN|=1<<3;//PB
  RCC->APB2PCLKEN|=1<<6;//PE
  RCC->APB2PCLKEN|=1<<0;//AFIO
  AFIO->RMP_CFG|=1<<0;//SPI1引脚完全重定向
  AFIO->RMP_CFG3|=1<<18;//SPI1完全重映像
  //配置GPIO口
  GPIOE->PL_CFG&=0x0fffffff;
  GPIOE->PL_CFG|=0xB0000000;
  GPIOE->PH_CFG&=0xffffff0f;
  GPIOE->PH_CFG|=0x000000B0;
  
  GPIOB->PH_CFG&=0xfff0ffff;
  GPIOB->PH_CFG|=0x00030000;  
  GPIOB->PL_CFG&=0xfffff00f;
  GPIOB->PL_CFG|=0x00000330;
  //SPI1模式配置
  RCC->APB2PCLKEN|=1<<12;//SPI1
  RCC->APB2PRST|=1<<12;//SPI1
  RCC->APB2PRST&=~(1<<12);//SPI1
  SPI1->CTRL1|=1<<9;//软件从设备管理
  SPI1->CTRL1|=1<<2;//主模式
  SPI1->CTRL2|=1<<2;//SPI1存在bug,需要开启该位才能使用
  SPI1->CTRL1|=1<<6;//使能SPI
  OLED_CS=1;//片选拉低
  OLED_RES=1;

}
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注意：根据N32的硬件勘误指南介绍，SPI1硬件工作在主模式时会存在bug。存在问题如下:

  虽然本次示例是通过SPI1完全重映像功能，时钟线由PA4重映像到PB2，但实测若不将SSOEN置位会导致发送数据失败。

• 底层发送一个字节函数
    由于OLED屏幕采用的是3显示SPI接口，没有主机输入脚，因此只需要实现发送数据即可。

/*************SPI发送一个字节********/
static inline void SPI_ReadWriteByte(u8 data_tx)
{
	SPI1->DAT=data_tx;
	while(!(SPI1->STS&1<<1)){}//等待数据发送完成
}
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2.5 OLED相关接口函数

• 画点函数实现
    要实现OLED图片、字符串、汉字等功能，最核心的函数即画点函数。但由于本OLED屏幕是通过页面寻址方式初始化，因此我们需要建立缓存，方便画点函数实现。

/*******************画点函数**********************
**
**形参:u8 x --横坐标0~127
**     u8 y --纵坐标0~63
**     u8 c --0表示不显示，1表示显示
**OLED_DrawPoint(50,20,u8 c)
**************************************************/
static u8 oled_gram[8][128];//屏幕缓冲区
void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 c)
{
  u8 page=y/8;//y坐标值在第几页
  u8 line=y%8;//在当前页的第几行上
  if(c)oled_gram[page][x]|=1<<line;
  else oled_gram[page][x]&=~(1<<line);
} 
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• 汉字显示实现
    本OLED本身不带有字库，所以要实现汉字显示则需要取模，可通过PctoL2002完成汉字取模。当然也可以制作汉字字库，烧写到flash中然后直接调用字库显示。

/***********************汉字显示*********************
**形参:u8 x,u8 y -- 要显示的位置x:0~127,y:0~63
**    u8 size   -- 字体大小
**    u8 number  --第几个字
***************************************************/
void OLED_DisplayFont(u8 x,u8 y,u8 size,u8 number)
{
  u16 i=0,j=0;
  u8 data;
  u8 x0=x;
  for(i=0;i<size*size/8;i++)
  {
     if(size==16)data=font_16_16[number][i];
     else if(size==24)data=font_24_24[number][i];
     for(j=0;j<8;j++)
     {
       if(data&0x80)OLED_DrawPoint(x0,y,1);
       else OLED_DrawPoint(x0,y,0);
       data<<=1;
       x0++;
     }
     if(x0-x==size)
     {
        x0=x;
        y++;
     }
  }
}
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• 字符串显示
    字符串通过PctoL2002完成常用字符取模，有16点阵和24点阵两种。

/*字符串显示函数
u8 x,u8 y -- 要显示的位置x:0~127,y:0~63
u8 w,u8 h -- 字符宽度和高度
char *str -- 要显示的字符串
返回值:返回显示的字符个数
**/
u8 OLED_DisplayStr(u8 x,u8 y,u8 w,u8 h,char *str)
{
  u8 x0=x;
  u8 cnt=0;
  while(*str!='\0')
  {
    if(x0>=127)return cnt;
    if(y>=63)return cnt;
    OLED_DisplayCha(x0,y,w,h,(u8 )*str++);
    x0+=w;
    cnt++;
    if(x0>=127)//换页
    {
      x0=0;
      y+=h;
    }
  }
  return cnt;
}
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• 清屏函数
    本函数主要实现屏幕清空，可实现从上往下、从左往右、回字形三种模式清屏。

/*清屏函数，更新显示*/
void OLED_Refresh2(u8 format)
{
  int i=0;
  int j=0;
  u8 flag=0;
  u8 x=127,y=63;
  u8 line=0,row=0;
  u8 cnt=0;
  switch(format)
  {
    case 1://从上往下
      for(i=0;i<64;i++)
      {
        for(j=0;j<128;j++)
        {
          OLED_DrawPoint(j,i,1);
        }
        OLED_Refresh();
        Delay_Ms(20);
      }
      for(i=63;i>=0;i--)
      {
        for(j=0;j<128;j++)
        {
          OLED_DrawPoint(j,i,0);
        }
        OLED_Refresh();
        Delay_Ms(20);
      }
      break;
    case 2://从左往右
      for(i=0;i<128;i++)
      {
        for(j=0;j<64;j++)
        {
          OLED_DrawPoint(i,j,1);
        }
        OLED_Refresh();
        Delay_Ms(20);
      }
      for(i=127;i>=0;i--)
      {
        for(j=0;j<64;j++)
        {
          OLED_DrawPoint(i,j,0);
        }
        OLED_Refresh();
        Delay_Ms(20);
      }
      break;
    case 3://回字形
      i=0;
      j=0;
      flag=0;
      x=127,y=63;
      line=0,row=0;
      cnt=0;
      while(1)
      {
          
          if(flag==1)j++;
          else if(flag==2)i--;
          else if(flag==3)j--;
          else i++;
          if(i>=x && flag==0)
          {
            x--;
            row++;
            flag=1;
          }
          if(j>=y && flag==1)
          {
            flag=2;
            line++;
            y--;
          }
         
          if(i<=row && flag==2)
          {
            flag=3;
          }
          if(j<=line && flag==3)
          {
            cnt++;
            flag=0;
          }
          OLED_DrawPoint(i,j,1);
          if(cnt>=1)
          {
            cnt=0;
            OLED_Refresh();
            Delay_Ms(50);
          }
          if(row>x || line>(y+4))
          {
            break;
          }
      }
      i=0;
      j=0;
      flag=0;
      x=127,y=63;
      line=0,row=0;
      cnt=0;
      while(1)
      {
          
          if(flag==1)j++;
          else if(flag==2)i--;
          else if(flag==3)j--;
          else i++;
          if(i>=x && flag==0)
          {
            x--;
            row++;
            flag=1;
          }
          if(j>=y && flag==1)
          {
            flag=2;
            line++;
            y--;
          }
         
          if(i<=row && flag==2)
          {
            flag=3;
          }
          if(j<=line && flag==3)
          {
            cnt++;
            flag=0;
          }
          OLED_DrawPoint(i,j,0);
          if(cnt>=1)
          {
            cnt=0;
            OLED_Refresh();
            Delay_Ms(50);
          }
          if(row>x || line>(y+4))
          {
            break;
          }
      }
      break;
    default:
      OLED_ClearGram(0x0);//清空缓冲区
      OLED_Refresh();
      break;
  }
}
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