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）模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。

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：

                             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OLED模块相连接的IO。

这一步，先将我们与OLED模块相连的IO口设置为输出，具体使用哪些IO口，这里需要根据连接电路以及OLED模块所设置的通讯模式来确定。这些将在硬件设计部分向大家介绍。

2）初始化OLED模块。

其实这里就是上面的初始化框图的内容，通过对OLED相关寄存器的初始化，来启动OLED的显示。为后续显示字符和数字做准备。

3）通过函数将字符和数字显示到OLED模块上。

这里就是通过我们设计的程序，将要显示的字符送到OLED模块就可以了，这些函数将在软件设计部分向大家介绍。

通过以上三步，我们就可以使用ALIENTEK OLED模块来显示字符和数字了，在后面我们还将会给大家介绍显示汉字的方法。这一部分就先介绍到这里。

17.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

1. 指示灯DS0
2. OLED模块

OLED模块的电路在17.1节已有详细说明了，这里我们介绍OLED模块与ALIETEK 战舰STM32开发板的连接，战舰STM32开发板有两个地方可以接OLED模块，第一个是左下角的摄像头模块/OLED模块共用接口，第二个是LCD模块和OLED模块的共用接口，不论哪个共用接口，OLED都是靠左插的。这里我们选择摄像头模块/OLED模块共用接口来接OLED模块，OLED模块同战舰STM32开发板的连接图如图17.2.1所示：

图17.2.1 OLED模块与开发板连接示意图

图中圈出来的部分就是连接OLED的接口，这里在硬件上，OLED与战舰STM32开发板的IO口对应关系如下：

       OLED_CS对应PD6;

OLED_RST对应PG15;

       OLED_RS对应PD3;

       OLED_WR对应PG14;

       OLED_RD对应PG13;

       OLED_D[7：0]对应PC[7：0];

这些线的连接，战舰STM32的内部已经连接好了，我们只需要将OLED模块插上去就好了。实物连接如图17.2.2所示：

图17.2.2 OLED模块与开发板连接实物图

详细内容和源码，见附件！