STM32F4X OLED使用

OLED简介

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跟LCD不同，LCD需要背光才能点亮，而OLED不需要背光，因为它是自发光。因为技术的原因，目前OLED不能做得很大，目前常见的OLED尺寸有0.96、1.3、1.54和2.42寸。本节实验将会使用2.42寸、分辨率为128*64的OLED做实验。

OLED使用

OLED驱动芯片

通常OLED内部都会一块OLED的驱动芯片，驱动芯片的作用是接收用户发送的数据，将数据进行管理，最后将数据显示到OLED上。常见的OLED驱动芯片有SSD1306、SSD1309等，操作OLED实际就是操作OLED的驱动芯片。本次实验用的驱动芯片是SSD1309。

SSD1309引脚

SSD1309通信协议

SSD1309支持并行通信和串行通信，具体的通信方法选择是通过BS2~BS0引脚进行选择。

4线SPI模式

将BS[2:0]设置为000即可进入4线SPI模式，在4线SPI模式下，需要7根通信引脚

1. 先将CS信号拉低，代表选中OLED，开始通信
2. 根据用户发送的数据还是命令，选择D/C信号的电平，低电平为发送命令，高电平为发送数据
3. 将需要发送的数据(8bit)按照高位在前的方式，在时钟信号的上升沿发送给OLED
4. 数据发送完之后，再将CS拉高。

3线SPI模式

将BS[2:0]设置为001即可进入3线SPI模式，在4线SPI模式下，需要6根通信引脚

3线SPI模式跟4线SPI模式非常相似，主要区别是3线SPI模式下没有D/C信号线，D/C信号是以数据的形式发送出去。

1. 先将CS信号拉低，代表选中OLED，开始通信
2. 在需要发送的数据前添加一个D/C选择位，0为发送命令，1为发送数据
3. 将需要发送的数据(9bit)按照高位在前的方式，在时钟信号的上升沿发送给OLED
4. 数据发送完之后，再将CS拉高。

I2C模式

将BS[2:0]设置为010即可进入I2C模式，在I2C模式下，需要5根通信引脚

OLED地址确认

凡是涉及到I2C通信，从机设备都要确定好地址，SSD1309的地址设置如下

SA0为地址选择信号，由D/C信号线决定，也就是说一个I2C总线上可以接2个OLED设备。

1. 主机发送起始信号，告诉从机开始通信
2. 主机等待从机ACK信号
3. 主机发送控制字节
4. 主机等待从机ACK信号
5. 主机发送数据
6. 主机等待从机ACK信号
7. 主机发送停止信号，结束通信。

使用I2C通信需要注意控制字节的配置字。控制字节的高6位是D/C信号，bit为0代表发送命令，bit为1代表发送数据。
控制字节的高7位是设置是否需要连续发送显示数据，其目的是让OLED快速刷屏。我们通过上图的通信协议知道，当我们每次需要发送一个字节时，都需要开启一个完整的I2C通信，如果需要大量数据刷屏时就很浪费时间，当Co为0且D/C为1时，则开启连续发送数据模式，只需启动一个I2C通信，就可以连续发送数据，直到停止。

8080接口

将BS[2:0]设置为110即可进入8080模式，在8080模式下，需要15根通信引脚

OLED 8080写模式

• 将CS信号拉低，开始通信
• 将WR信号拉低，同时将RD信号拉高，代表写模式
• 根据是写命令还是写数据选择D/C电平信号
• 将数据通过D7~D0引脚发送到OLED
• 将CS信号拉高，WR信号拉高，结束通信

OLED 8080读模式

• 将CS信号拉低，开始通信
• 将RD信号拉低，同时将WR信号拉高，代表读模式
• 根据是写命令还是写数据选择D/C电平信号
• 读出D7~D0上的数据
• 将CS信号拉高，RD信号拉高，结束通信

6800接口

将BS[2:0]设置为100即可进入8080模式，在6800模式下，需要15根通信引脚

SSD1309显示原理

SSD1309显存大小

OLED本身是没有存储显示数据的功能，这个功能是由SSD1309提供，SSD1309内部提供了一块显存区域，其分辨率为128 * 64，这个分辨率也就是OLED的分辨率。意思是这块OLED最多可以显示128 * 64位的数据，也就是1024个字节，长度最大为128，宽度最大为64。

SSD1309显存分布

SSD1309内部的显存大致如下分布。

SSD1309内部的显存可以划分成128 * 64个格子，每个格子代表一个bit。SSD1309又将这些格子进一步划分，按照8列为一组，分成了8页，每页大小为128 * 8个格子，也就是128字节为一页。

SSD1039数据显示

我们拿其中一页作为例子，来说一下在SSD1309内部数据是怎样存放的。我们需要知道的是在SSD1309内部，所有的数据都是按照列来存放，假设我们在PAGE0的(0,0)这个位置写入一个数据0xAC，那么其存储格式如下。最低位在前，高位在后。

MCU操作SSD1309显存方法

针对SSD1309的显存存储结构，MCU每次修改数据的时候都需要将SSD1309的显存数据读出来，确保旧的数据跟新的数据没有冲突，但是这就有一个问题，每次修改数据的数据都需要读显存数据，这样就很浪费时间。所以在实际应用中，一般都会在MCU中定义一个128*64bit大小的二维数组，这个数组可以看做是SSD1309的外部显存，每次需要更新数据时，都会更新这个外部显存，最后再通过命令把整个显存数据刷新到SSD1309内部。

OLED取模

由于SSD1309内部是没有字库的，所以我们需要自己制作字库文件，这样OLED才能显示图片、字符等。字库的制作软件PCtoLCD2002，软件大家可以自行到网上进行下载。

字符取模

我们需要制作常用的ASCII码字符，需要制作的字符如下，第一个ASCII码为空格

 !"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~
1

• 设置软件为字符取模模式

• 点击选项，进入设置模式，按照以下方法进行取模设置

• 以生成8x16字符为例

在生成字符前先选择字符的高度和宽度，然后将需要生成的字符复制到输入框内，点击生成字模，最后点击保存字模，生成后的字模就会保存到文件中。

图片取模

例程位图图片下载

• 设置图片大小
  首先点击上面的网址，下载图片。下载完成后打开windows的画图软件，修改图片分辨率为128 * 64。
  
  修改完成后将图片另存为BMP格式的图片。
• 设置软件为图片取模模式
  
• 设置取模模式
  
• 生成图片字模
  
  将制作好的BMP图片加载到软件中，点击生成字模，然后点击保存字模。

STM32F4X OLED例程

本节例程中用到的OLED是128 * 64分辨率的OLED，通信协议是4线SPI协议。

OLED关键函数讲解

数据传输函数

void oled_write_byte(unsigned char byte,unsigned char type)
{
	unsigned char i;
	GPIO_ResetBits(OLED_CS_PIN_PORT,OLED_CS_PIN); // CS 拉低
	
	if(OLED_WRITE_CMD == type)   
		GPIO_ResetBits(OLED_DC_PIN_PORT,OLED_DC_PIN); // 写命令 拉低DC
	else
		GPIO_SetBits(OLED_DC_PIN_PORT,OLED_DC_PIN); // 写数据 拉高DC
	
	
	for(i = 0;i < 8;i++)  // 传输数据
	{
		GPIO_ResetBits(OLED_SCL_PIN_PORT,OLED_SCL_PIN); // 拉低SCL
		
		if(byte & 0x80)
			GPIO_SetBits(OLED_SDA_PIN_PORT,OLED_SDA_PIN);
		else
			GPIO_ResetBits(OLED_SDA_PIN_PORT,OLED_SDA_PIN);
		
		GPIO_SetBits(OLED_SCL_PIN_PORT,OLED_SCL_PIN); // 拉高SCL
		byte <<= 1; // 数据左移一位
	}
	GPIO_SetBits(OLED_CS_PIN_PORT,OLED_CS_PIN); // 拉高CS
	GPIO_SetBits(OLED_DC_PIN_PORT,OLED_DC_PIN); // 拉高DC
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

在开始传输数据前，要先把CS信号拉低，代表选中OLED，然后根据是写命令还是写数据，改变D/C信号电平，在SCL的上升沿的时候把数据按照高位在前，低位在后依次发送给OLED，最后拉高CS和D/C信号。
程序的实现都是按照数据手册的时序要求进行设计。

画点函数

void oled_drawpoint(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char t)
{
    u8 i,m,n;
    i=y/8; // 判断是第几页
    m=y%8; // 判断是第几位
    n=1<<m;

    if(t){OLED_GRAM[x][i]|=n;} // 如果是1就直接写数据
    else
    { // 如果是0，就清0
        OLED_GRAM[x][i]=~OLED_GRAM[x][i];
        OLED_GRAM[x][i]|=n;
        OLED_GRAM[x][i]=~OLED_GRAM[x][i];
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

在往GRAM写数据前，先判断该点位于GRAM的页数，然后再判断该点是第几个bit，最后再根据是否需要点亮该bit进行写1或者清0操作。

写GRAM

static  unsigned char OLED_GRAM[128][8];
//更新显存到OLED
void oled_refresh(void)
{
    u8 i,n;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
       oled_write_byte(0xb0+i,OLED_WRITE_CMD); //设置页
       oled_write_byte(0x00,OLED_WRITE_CMD);   //设置低列起始地址
       oled_write_byte(0x10,OLED_WRITE_CMD);   //设置高列起始地址
       for(n=0;n<128;n++)
         oled_write_byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_WRITE_DATA);
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

程序会先定义一个128*8的二维数据，数据类型为unsigned char类型，也就是1024个字节，用户更新完数据后，再将这个GRAM刷新到SSD1309内部的GRAM中，从而实现了更新OLED的目的。

完整例程

由于例程过大，请在百度网盘下载
链接：https://pan.baidu.com/s/1ZjxPKjeIG1PyOVn7OHIjeQ
提取码：z59g

因本人水平有限，错误和疏漏之处在所难免，欢迎指正。