第十七章 OLED显示实验

       前面几章的实例，均没涉及到液晶显示，这一章，我们将向大家介绍OLED的使用。在本章中，我们将使用战舰STM32开发板上的OLED模块接口（与摄像头共用的这个），来点亮OLED，并实现ASCII字符的显示。本章分为如下几个部分： 17.1 OLED简介 17.2 硬件设计 17.3 软件设计 17.4 下载验证

17.1 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。 LCD都需要背光，而OLED不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED效果要来得好一些。以目前的技术，OLED的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。在本章中，我们使用的是ALINETEK的OLED显示模块，该模块有以下特点： 1）模块有单 {MOD}和双 {MOD}两种可选，单 {MOD}为纯蓝 {MOD}，而双 {MOD}则为黄蓝双 {MOD}。 2）尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小。 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5种接口包括：6800、8080两种并行接口方式、3线或4线的穿行SPI接口方式，、IIC接口方式（只需要2根线就可以控制OLED了！）。 5）不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。 这里要提醒大家的是，该模块不和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5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17.1.1所示：
                       表17.1.1 OLED模块接口方式设置表 表17.1.1中：“1”代表接VCC，而“0”代表接GND。 该模块的外观图如图17.1.1所示：
图17.1.1 ALIENTEK OLED模块外观图 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。 模块的原理图如图17.1.2所示：
图17.1.2 ALIENTEK OLED模块原理图 该模块采用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。15条线中，电源和地线占了2条，还剩下13条信号线。在不同模式下，我们需要的信号线数量是不同的，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。 ALIENTEK OLED模块的控制器是SSD1306，本章，我们将学习如何通过STM32来控制该模块显示字符和数字，本章的实例代码将可以支持2种方式与OLED模块连接，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）。 模块的8080并口读/写的过程为：先根据要写入/读取的数据的类型，设置DC为高（数据）/低（命令），然后拉低片选，选中SSD1306，接着我们根据是读数据，还是要写数据置RD/WR为低，然后： 在RD的上升沿， 使数据锁存到数据线（D[7：0]）上； 在WR的上升沿，使数据写入到SSD1306里面； SSD1306的8080并口写时序图如图17.1.3所示：
图17.1.3  8080并口写时序图 SSD1306的8080并口读时序图如图17.1.4所示：
图17.1.4  8080并口读时序图 SSD1306的8080接口方式下，控制脚的信号状态所对应的功能如表17.1.2： 功能 RD WR CS DC 写命令 H ↑ L L 读状态 ↑ H L L 写数据 H ↑ L H 读数据 ↑ H L H                              表17.1.2  控制脚信号状态功能表 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17.1.5所示：
图17.1.5  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。 并行接口模式就介绍到这里，我们接下来介绍一下4线串行（SPI）方式，4先串口模式使用的信号线有如下几条： CS：OLED片选信号。 RST(RES)：硬复位OLED。 DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。 SCLK：串行时钟线。在4线串行模式下，D0信号线作为串行时钟线SCLK。 SDIN：串行数据线。在4线串行模式下，D1信号线作为串行数据线SDIN。 模块的D2需要悬空，其他引脚可以接到GND。在4线串行模式下，只能往模块写数据而不能读数据。 在4线SPI模式下，每个数据长度均为8位，在SCLK的上升沿，数据从SDIN移入到SSD1306，并且是高位在前的。DC线还是用作命令/数据的标志线。在4线SPI模式下，写操作的时序如图17.1.6所示：

图17.1.6 4线SPI写操作时序图 4线串行模式就为大家介绍到这里。其他还有几种模式，在SSD1306的数据手册上都有详细的介绍，如果要使用这些方式，请大家参考该手册。 接下来，我们介绍一下模块的显存，SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页，其对应关系如表17.1.3所示：
表17.1.3  SSD1306显存与屏幕对应关系表 可以看出，SSD1306的每页包含了128个字节，总共8页，这样刚好是128*64的点阵大小。因为每次写入都是按字节写入的，这就存在一个问题，如果我们使用只写方式操作模块，那么，每次要写8个点，这样，我们在画点的时候，就必须把要设置的点所在的字节的每个位都搞清楚当前的状态（0/1？），否则写入的数据就会覆盖掉之前的状态，结果就是有些不需要显示的点，显示出来了，或者该显示的没有显示了。这个问题在能读的模式下，我们可以先读出来要写入的那个字节，得到当前状况，在修改了要改写的位之后再写进GRAM，这样就不会影响到之前的状况了。但是这样需要能读GRAM，对于3线或4线SPI模式，模块是不支持读的，而且读->改->写的方式速度也比较慢。 所以我们采用的办法是在STM32的内部建立一个OLED的GRAM（共128*8个字节），在每次修改的时候，只是修改STM32上的GRAM（实际上就是SRAM），在修改完了之后，一次性把STM32上的GRAM写入到OLED的GRAM。当然这个方法也有坏处，就是对于那些SRAM很小的单片机（比如51系列）就比较麻烦了。 SSD1306的命令比较多，这里我们仅介绍几个比较常用的命令，这些命令如表17.1.4所示： 表17.1.4  SSD1306常用命令表 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。 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。 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。 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的典型初始化框图如图17.1.7所示：
图17.1.7  SSD1306初始化框图 驱动IC的初始化代码，我们直接使用厂家推荐的设置就可以了，只要对细节部分进行一些修改，使其满足我们自己的要求即可，其他不需要变动。 OLED的介绍就到此为止，我们重点向大家介绍了ALIENTEK OLED模块的相关知识，接下来我们将使用这个模块来显示字符和数字。通过以上介绍，我们可以得出OLED显示需要的相关设置步骤如下： 1）设置STM32与