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第 20 章 0.96 OLED 使用

ronger 2 年前
# Nebula Pi # oled

所属作品集

关于我和 Hugh 学嵌入式开发这件事 —— 51 篇

前言

OLED 应用场合非常的多。我们这里选用中景园的 0.96 OLED 作为实例，讲解 OLED 的驱动与使用。

20.1 OLED 介绍

image7.png

image197.png

图 20-1 0.96 OLED 外形图

0.96 OLED 外形，正反面如上图所示，除了屏幕用于显示之外，反面有 4 个插针引脚。引脚定义如下表所示：

表 20-1 接口定义

0.96 OLED 接口定义

序号 符号 说明
1 GND 电源地
2 VCC 电源正 3.3~5V
3 SCL I2C 时钟线
4 SDA I2C 数据线

由上表可知，我们这里使用的 OLED ，采用 I2C 通信协议。因此，只需要研究 OLED 的驱动芯片的 I2C 协议，再结合前面课程学习过的 I2C 通信，即可实现对显示器的控制了。

image198.png

图 20-2 0.96 OLED 驱动

该款 OLED 使用了 SSD1306 作为液晶的驱动芯片，如上图。

图 20-3 0.96 OLED 像素布局

液晶显示器的布局如上图所示，每一个方块就是一个像素：

  1. 总共有 64 行， 128 列，共计 128 * 64 = 8192 像素，每个像素可以有两种状态，亮或灭。
  2. 每 8 行组成一页，总共 64/8=8 页，页也称为 Page。
  3. 左上角的第一个像素，为第 0 行，第 0 列。右下角的最后一个像素，为第 63 行，第 127 列。
  4. 前 8 行称为 Page0，最后 8 行称为 Page7。

20.2 OLED 最小操作单位

驱动芯片 SSD1306 规定：

  1. 每次写入数据的最小单位为 1 个字节，即 8 位；
  2. 而且每次写入必须是在同一页内，不能跨页；
  3. 写入的数据按列写入，下面举例说明。

例子：

往 page0 的第 0 列写入一个字节的数据 0x01= 0b0000,0001，显示结果如下图所示：

image200.png

图 20-4 0.96 写入一个字节的数据

如上图所示， Page0 对应屏幕的第 0-7 行。第 0 行、第 0 列将写入数据的最低位 D0，即 0。第 7 行、第 0 列将写入数据的最高位 D7，即 1。因为写入的数据为 0x01，显示屏的第 7 行，第 0 列的单个像素将点亮，整个屏幕效果为，只有一个像素点亮。

上面是 0.96 OLED 的最小操作单位，我们可以选择 0-127 列中的任意列， 0-7 页的任意页写入一个字节的数据。

这里值得注意的是， OLED 的最小操作单位，并不是单个像素，而是一次最小操作某一列的 8 个像素。我们可以组合最小操作单位，实现字符、数字、中文、字符串以及图像的显示。

20.3 OLED 驱动

image201.png

图 20-5 OLED 驱动 SSD1306 写数据时序

如上图所示，驱动步骤入下：

  1. 启动 I2C 通信；
  2. 写入从设备地址；
  3. 写入控制字节，可选；
  4. 写入一个字节数据，可选；
  5. 写入控制字节， 1Byte；
  6. 写入数据，≥0Byte；
  7. 结束 I2C 通信。

如上述步骤所示，其中步骤 3，4 可选，我们使用最精简的模式跳过步骤 3，4。根据步骤 5 中控制字的不同，步骤 6 的内容将表示数据或者命令。

  1. 当步骤 5 写入 0x00，表示 6 为命令；
  2. 当步骤 5 写入 0x40，表示 6 为数据。

根据上述内容，我们编写 OLED 的驱动函数如下， I2C 的底层驱动在前面章节学习过，我们这里直接调用：

/**********************************************
// IIC Write Command
**********************************************/
void Write_IIC_Command(unsigned char IIC_Command)
{
   Start_I2C();
   Wr_I2C(0x78);      //Slave address,SA0=0
   Wr_I2C(0x00);            //write command
   Wr_I2C(IIC_Command);
  Stop_I2C();
}
/**********************************************
// IIC Write Data
**********************************************/
void Write_IIC_Data(unsigned char IIC_Data)
{
  Start_I2C();
  Wr_I2C(0x78);            //D/C#=0; R/W#=0
  Wr_I2C(0x40);            //write data
  Wr_I2C(IIC_Data);
  Stop_I2C();
}
/**********************************************
// Write OLED
**********************************************/
void OLED_WR_Byte(unsigned dat,unsigned cmd)
{
   if(cmd) Write_IIC_Data(dat);
 else    Write_IIC_Command(dat);
}

图 20-6 OLED 驱动代码编写

上图中 Write_IIC_Command() ， Write_IIC_Data()分别写命令和数据函数，并将其组合成了 OLED 的最小操作函数 OLED_WR_Byte()，后续所用的操作均以这个函数为基础。

20.3.1 OLED 初始化及清除屏幕

通过写入相应的值来初始化 OLED 以及清除屏幕。相应的指令从驱动 SSD1306 的技术文档可以查阅，我们这里直接上代码 OLED_Init()、 OLED _Clear() ：

/*****************************************************************
* OLED 初始化
* 为 OLED 正常工作做准备
***************************************************************/
void OLED_Init(void)
{
   
    OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--display off
    OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---set low column address
   OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---set high column address
   OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address
   OLED_WR_Byte(0xB0,OLED_CMD);//--set page address
   OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD); // contract control
   OLED_WR_Byte(0xFF,OLED_CMD);//--128
   OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//set segment remap
   OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--normal / reverse
   OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64)
   OLED_WR_Byte(0x3F,OLED_CMD);//--1/32 duty
   OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//Com scan direction
   OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//-set display offset
   OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD);//set osc division
   OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xD8,OLED_CMD);//set area color mode off
   OLED_WR_Byte(0x05,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//Set Pre-Charge Period
   OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//set com pin configuartion
   OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//set Vcomh
   OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//set charge pump enable
   OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//
   OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//--turn on oled panel
}

图 20-7 OLED 初始化

/*****************************************************************
* OLED 清屏，无任何显示
******************************************************************/
void OLED_Clear(void)
{
    u8 i,n;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        OLED_WR_Byte (0xb0+i,OLED_CMD);// 设置页地址（0~7）
       OLED_WR_Byte (0x00,OLED_CMD);  // 设置显示位置 --- 列低地址
       OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);  // 设置显示位置 --- 列高地址
       for(n=0;n<128;n++)OLED_WR_Byte(0,OLED_DATA);
   } // 更新显示
}

图 20-8 OLED 清屏

20.3.2 OLED 显示一个字符

如何在显示屏上显示一个字符？首先，我们需要制作一个字符的点阵。以字符 "1" 为例子讲解，字符点阵的制作。

image202.png

图 20-9 字符 "0" 的显示效果

如上图所示，字符 "1" 大小为 8x16 像素，即占用空间为 8 列， 16 行。结合前面讲解的内容，我们可以按列整理成数据，第一列可以整合成两个字节的数据，依次类推按列整合成数据如下：

0x00,0x10,0x10,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x00,0x00

调用 OLED 的最小操作函数把上述字节写入 OLED 即可。为了方便，我们把所有可打印字符的数据整理成一个数组，在数组中查表即可，如下图所示。

image203.png

图 20-10 字符点阵数组

/*****************************************************************
* 0.96 OLED 128 *64 像素，即:128 列 x 64 行
* 64 行被均分成了8页，最开始8行为第0页，最后8行为第7页。
*
* 函数功能为:从x列，y页开始显示一个字符,Char_Size 为字体大小。
*
* x:0-127(列)
* y:0-7  (页)
* Char_Size: 16 (字体大小为：8列 x 16 行)，其他(6列 x 8行)
* flag,反白显示，默认为0，正常显示。1：反白显示。
*****************************************************************/
void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 Char_Size,bit flag)
{
   unsigned char c=0,i=0;
       c=chr-' ';// 得到偏移后的值
       if(x>Max_Column-1){x=0;y=y+2;}
       if(Char_Size ==16)
       {
           OLED_Set_Pos(x,y);
           for(i=0;i<8;i++)
           {
           if(flag == 0) OLED_WR_Byte( F8X16[c*16+i],OLED_DATA);
           else  OLED_WR_Byte(~F8X16[c*16+i],OLED_DATA);
           }
           OLED_Set_Pos(x,y+1);
           for(i=0;i<8;i++)
        {
         if(flag == 0) OLED_WR_Byte( F8X16[c*16+i+8],OLED_DATA);
     else  OLED_WR_Byte(~F8X16[c*16+i+8],OLED_DATA);
           }
       }
       else
       {
           OLED_Set_Pos(x,y);
           for(i=0;i<6;i++)
           {
        if(flag == 0) OLED_WR_Byte( F6x8[c][i],OLED_DATA);
        else OLED_WR_Byte(~F6x8[c][i],OLED_DATA);
           }
       }
}

图 20-11 写字符函数

上述函数中，可以选择两种字符，大小分别为 8x16 像素和 6x8 像素，分别放在数组符 F8x16[] 和 F6x8[] 中。

同样的道理，可以制作不同的字体放入数组中。

20.3.3 使用字模软件制作字符点阵

使用工具软件 PCtoLCD2002 生成字符点阵，使用方法如下：

image204.png

图 20-12 字模软件生成字符点阵

20.3.4 OLED 显示数字

有了前面的基础，写入数字就比较简单了，即把数字各个位转换成字符，然后写入即可， OLED_ShowNum() 代码如下：

/*****************************************************************
*
* 函数功能为:m的n次方
*
*****************************************************************/
u32 oled_pow(u8 m,u8 n)
{
    u32 result=1;
    while(n--)result*=m;
   return result;
}
 
/*****************************************************************
* 0.96 OLED 128 *64 像素，即:128 列 x 64 行
* 64 行被均分成了8页，最开始8行为第0页，最后8行为第7页。
*
* 函数功能为:从x列，y页开始显示数字。
*
* x:0-127(列)
* y:0-7  (页)
* len:数字长度
* Char_Size: 16 (字体大小为：8列 x 16 行)，其他(6列 x 8行)
*
***************************************************************/
void OLED_ShowNum(u8 x,u8 y,u32 num,u8 len,u8 Char_Size,bit flag)
{
   u8 t,temp,RowChar,CharSize;
   u8 enshow=0;
     
   if(Char_Size==16)// 判断字体大小
   {
       RowChar = 8;
       CharSize= 16;
   }
   else
   {
       RowChar = 6;
       CharSize= 8;
   }
     
   for(t=0;t<len;t++)
   {
       temp=(num/oled_pow(10,len-t-1))%10;
       if(enshow==0&&t<(len-1))
       {
           if(temp==0)
           {  // 第一个非0数字之前用空格替代
OLED_ShowChar(x+RowChar*t,y,' ',CharSize,flag);
              ** continue**;
           }
           else enshow=1;
              
       }
       OLED_ShowChar(x+RowChar*t,y,temp+'0',CharSize,flag);
   }
}

图 20-13 显示数字

20.3.5 OLED 显示中文

同样利用字模软件生成中文字模，并放入数字 Hzk[][] 中，显示中文函数如下所示：

/********************************************************************
* 0.96 OLED 128 *64 像素，即:128 列 x 64 行
* 64 行被均分成了8页，最开始8行为第0页，最后8行为第7页。
*
* 函数功能为:从x列，y页开始显示汉字，汉字大小 16x16
*
* x:0-127(列)
* y:0-7  (页)
* *chr:字符串首地址
*  Num :第 Num 个汉字，汉字定义在 oledfont.h的数组 HzK[]中。
*
****************************************************************/
void OLED_ShowCHinese(u8 x,u8 y,u8 Num,bit flag)
{
   u8 t,adder=0;
     
   OLED_Set_Pos(x,y);
   for(t=0;t<16;t++)
       {
           if(flag == 0) OLED_WR_Byte( Hzk[2*Num][t],OLED_DATA);
            else         OLED_WR_Byte(~Hzk[2*Num][t],OLED_DATA);
               adder+=1;
    }
       OLED_Set_Pos(x,y+1);
   for(t=0;t<16;t++)
       {
        if(flag == 0) OLED_WR_Byte( Hzk[2*Num+1][t],OLED_DATA);
        else       OLED_WR_Byte(~Hzk[2*Num+1][t],OLED_DATA);
               adder+=1;
     }
}

图 20-14 显示中文

20.3.6 OLED 显示字符串

将字符组合，实现字符串显示，函数如下：

/*************************************************************
* 0.96 OLED 128 *64 像素，即:128 列 x 64 行
* 64 行被均分成了8页，最开始8行为第0页，最后8行为第7页。
*
* 函数功能为:从x列，y页开始显示字符串。
*
* x:0-127(列)
* y:0-7  (页)
* *chr:字符串首地址
* Char_Size: 16 (字体大小为：8列 x 16 行)，其他(6列 x 8行)
*
****************************************************************/
void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,u8 *chr,u8 Char_Size,bit flag)
{
   u8 CharSize,RowChar,j=0;
     
   if(Char_Size==16)
   {
       RowChar = 8;
       CharSize= 16;
   }
   else
   {
       RowChar = 6;
       CharSize= 8;
   }
     
   while (chr[j]!='0')
   {
       OLED_ShowChar(x,y,chr[j],CharSize,flag);
       x+=RowChar;
       if(x>(120-RowChar))// 行尾不足一个字，换行
       {
           x=0;
           y+=2;
       }
           j++;
   }
}

图 20-15 显示字符串

20.3.7 OLED 显示图片

利用字模软件将 128x64 像素的图片生成字模，并存储于 BMP[] 数组中，图片显示函数如下：

/****************************************************************
* 0.96 OLED 128 *64 像素，即:128 列 x 64 行
* 64 行被均分成了8页，最开始8行为第0页，最后8行为第7页。
*
* 函数功能为:从 x0 列， y0 页开始显示图片，坐标
*
* x:0-127(列)
* y:0-7  (页)
* *chr:字符串首地址
* BMP[]:图片字模数组
*
***************************************************************/
void OLED_DrawBMP(u8 x0,u8 y0,u8 BMP[],bit flag)
{
unsigned int j=0;
unsigned char x,y;
   
   for(y=y0;y<8;y++)
   {
       OLED_Set_Pos(x0,y);
   for(x=x0;x<128;x++)
       {
           if(flag == 0) OLED_WR_Byte( BMP[j++],OLED_DATA);
               else     OLED_WR_Byte(~BMP[j++],OLED_DATA);
       }
   }
}

图 20-16 显示图片

20.4 OLED 显示综合应用

将上述代码放入 oled.c， oled.h，字符字模和图片字模数组分别放入 oledfont.h 和 bmp.h 文件中。建立工程，在 main() 函数中进行功能测试，部分代码如下：

/*****************************************
    *
    *0.96 OLED 字符显示测试
    *
*******************************************/
    OLED_ShowChar( 0,0,'A',16,0);
    OLED_ShowChar( 8,0,'B',16,0);
    OLED_ShowChar(16,0,'C',16,0);
    OLED_ShowChar(24,0,'D',16,0);
     
   OLED_ShowChar( 0,2,'A',8,0);
   OLED_ShowChar( 8,2,'B',8,0);
   OLED_ShowChar(16,2,'C',8,0);
   OLED_ShowChar(24,2,'D',8,0);
     
   OLED_ShowString(25,6,"Char Test!",16,1);
 
   delayms(5000);
   OLED_Clear();// 清除屏幕
     
/*****************************************
   *
   *0.96 OLED 数字显示测试
   *
*******************************************/
 
   OLED_ShowNum(  0,1,12,2,16,0);
   OLED_ShowNum( 48,1,34,2,16,0);
   OLED_ShowNum( 96,1,56,2,16,0);
     
   OLED_ShowString(25,6,"Num Test!",16,1);
     
   delayms(5000);
   OLED_Clear();// 清除屏幕
 
/*****************************************
   *
   *0.96 OLED 中文显示测试
   *
*******************************************/
   OLED_ShowCHinese(22   ,3,1,0);// 不
   OLED_ShowCHinese(22+16,3,2,0);// 见
   OLED_ShowCHinese(22+32,3,3,0);// 不
   OLED_ShowCHinese(22+48,3,4,0);// 散
   OLED_ShowCHinese(22+64,3,5,0);//！
     
   OLED_ShowString(25,6,"CHN Test!",16,1);
     
   delayms(5000);
   OLED_Clear();// 清除屏幕
     
/*****************************************
   *
   *0.96 OLED 字符串显示测试
   *
*******************************************/
 
   OLED_ShowString(0,2,"Nebula-Pi,RYMCU!",16,0);
     
   OLED_ShowString(25,6,"Str Test!",16,1);
     
   delayms(5000);
   OLED_Clear();// 清除屏幕
/*****************************************
   *
   *0.96 OLED 图片显示测试
   *
*******************************************/
 
   OLED_DrawBMP(0,0,Logo,0);// 显示图片
     
   OLED_ShowString(25,6,"PIC Test!",16,1);
     
   delayms(5000);

图 20-17 综合显示部分代码

20.4 .1 OLED 与开发板连接关系

OLED 与开发板 Nebula Pi 连接关系如下图所示，将 OLED 靠左插入 LCD1602 的前 4 个排孔中。另外，左上角的跳线帽选择 OLED 。

OLED 的 I2C 总线与单片机 I/O 口连接情况，如图 20-19 所示。需要将 I2C 的 SCL， SDA 定义更新，如图 20-20 所示。

image205.png

图 20-18 OLED 与开发板连接

图 20-19 OLED 与开发板硬件连接关系

image207.png

图 20-20 OLED 的 II2C 引脚定义

20.4 .2 综合应用试验结果

字符显示与数字显示如下：

image208.png

image209.png

图 20-21 OLED 字符及数字显示结果

中文显示与字符串显示如下：

image210.png

image211.png

图 20-22 OLED 中文及字符串显示结果

图片显示如下：

image212.png

图 20-23 OLED 图片显示

20.4 .3 综合应用

将 DS18B20 采集的温度， DS1302 的时间分别显示在 OLED 上，并实现三个按键可设置时间，蜂鸣器整点报时功能，编写相应代码，代码详细见本章程序工程。编译后，自行下载测试功能，部分综合显示结果如下图所示：

image213.png

图 20-24 综合显示结果

20.5 本章小结

本章讲解了 0.96 OLED 显示原理，驱动编写。

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