怎样通过OLED模块去显示字符呢

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。
在本章中选用proteus元件库中的UG-2864HSWEG01，该OLED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。
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。
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下图：

图 1 OLED模块接口设置方式
UG-2864HSWEG01原理图：

图 2 OLED模块原理图
不同的接口使用的信号线的数量是不同的，但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。
UG-2864HSWEG01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。
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，UG-2864HSWEG01模块也提供了这种接口，使得MCU可以快速的访问OLED。UG-2864HSWEG01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并口写时序图如下图所示：

图 3 8080并口写时序图
SSD1306的8080并口读时序图如下图所示：

图 4 8080并口读时序图
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）需要一个假读命令（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，如下图所示：

图 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，写操作的时序如下图所示：

图 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，其对应关系如下图所示：

图 7 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，这些命令如下图所示：

图 8 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下图所示：

图 9 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，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。
硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

• 虚拟终端，用于打印调试信息
  
• OLED模块UG-2864HSWEG01
  
  

图 10 OLED接口图

图 11 OLED试验原理图
软件设计

本实验的主要工作是在driver文件夹下的oled.c文件。
oled.c的代码，由于比较长，这里我们就不贴出来了，仅介绍几个比较重要的函数。首先是OLED_Init函数，该函数的结构比较简单，开始是对IO口的初始化，然后就是OLED的一些初始化序列了，我们按照厂家提供的资料来做就可以。最后要说明一点的是，因为OLED是无背光的，在初始化之后，我们把显存都清空了，所以我们在屏幕上是看不到任何内容的，跟没通电一个样，不要以为这就是初始化失败，要写入数据模块才会显示的。OLED_Init函数代码如下：
   

• //初始化SSD1306  
  
• void OLED_Init(void)  
  
• {  
  
•     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  
  
•     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);   //使能PA,B端口时钟  
  
•   
  
•     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;   //PA1-5推挽输出  
  
•     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;         //推挽输出  
  
•     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz  
  
•     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    //初始化  
  
•   
  
•     GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_3);  //PA1,PA3 输出高  
  
•   
  
•   
  
•     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =0xFF; //PB0~7 OUT推挽输出  
  
•     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  
  
•     GPIO_SetBits(GPIOB,0xFF); //PB0~7输出高  
  
•     GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_2); //输出高  
  
•   
  
•     OLED_CS=1;  
  
•     OLED_RS=1;  
  
•     OLED_RST=0;  
  
•     delay_ms(100);  
  
•     OLED_RST=1;  
  
•   
  
•     OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD); //关闭显示  
  
•     OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD); //设置时钟分频因子,震荡频率  
  
•     OLED_WR_Byte(80,OLED_CMD);   //[3:0],分频因子;[7:4],震荡频率  
  
•     OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD); //设置驱动路数  
  
•     OLED_WR_Byte(0X3F,OLED_CMD); //默认0X3F(1/64)  
  
•     OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD); //设置显示偏移  
  
•     OLED_WR_Byte(0X00,OLED_CMD); //默认为0  
  
•   
  
•     OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD); //设置显示开始行 [5:0],行数.  
  
•   
  
•     OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD); //电荷泵设置  
  
•     OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD); //bit2，开启/关闭  
  
•     OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD); //设置内存地址模式  
  
•     OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD); //[1:0],00，列地址模式;01，行地址模式;10,页地址模式;默认10;  
  
•     OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD); //段重定义设置,bit0:0,0->0;1,0->127;  
  
•     OLED_WR_Byte(0xC0,OLED_CMD); //设置COM扫描方向;bit3:0,普通模式;1,重定义模式 COM[N-1]->COM0;N:驱动路数  
  
•     OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD); //设置COM硬件引脚配置  
  
•     OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD); //[5:4]配置  
  
•   
  
•     OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD); //对比度设置  
  
•     OLED_WR_Byte(0xEF,OLED_CMD); //1~255;默认0X7F (亮度设置,越大越亮)  
  
•     OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD); //设置预充电周期  
  
•     OLED_WR_Byte(0xf1,OLED_CMD); //[3:0],PHASE 1;[7:4],PHASE 2;  
  
•     OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD); //设置VCOMH 电压倍率  
  
•     OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD); //[6:4] 000,0.65*vcc;001,0.77*vcc;011,0.83*vcc;  
  
•   
  
•     OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD); //全局显示开启;bit0:1,开启;0,关闭;(白屏/黑屏)  
  
•     OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD); //设置显示方式;bit0:1,反相显示;0,正常显示  
  
•     OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); //开启显示  
  
•     OLED_Clear();  
  
• }  
  
  

接着，要介绍的是OLED_Refresh_Gram函数。我们在STM32内部定义了一个块GRAM：u8 OLED_GRAM[128][8];此部分GRAM对应OLED模块上的GRAM。在操作的时候，我们只要修改STM32内部的GRAM就可以了，然后通过OLED_Refresh_Gram函数把GRAM一次刷新到OLED 的GRAM上。该函数代码如下：
   

• //更新显存到LCD  
  
• void OLED_Refresh_Gram(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(OLED_GRAM[n],OLED_DATA);  
  
•     }  
  
• }  
  
  

OLED_Refresh_Gram函数先设置页地址，然后写入列地址（也就是纵坐标），然后从0开始写入128个字节，写满该页，最后循环把8页的内容都写入，就实现了整个从STM32显存到OLED显存的拷贝。
OLED_Refresh_Gram函数还用到了一个外部函数，也就是我们接着要介绍的函数：OLED_WR_Byte，该函数直接和硬件相关，函数代码如下：
   

• //8080并口  
  
• //向SSD1306写入一个字节。  
  
• //dat:要写入的数据/命令  
  
• //cmd:数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据;  
  
• void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)  
  
• {  
  
•     DATAOUT(dat);  
  
•     OLED_RS=cmd;  
  
•     OLED_CS=0;  
  
•     OLED_WR=0;  
  
•     OLED_WR=1;  
  
•     OLED_CS=1;  
  
•     OLED_RS=1;  
  
• }  
  
  

输入参数为2个：dat和cmd，dat为要写入的数据，cmd则表明该数据是命令还是数据。这个函数的时序操作就是根据上面我们对8080接口时序来编写的。
OLED_GRAM[128][8]中的128代表列数（x坐标），而8代表的是页，每页又包含8行，总共64行（y坐标）。从高到低对应行数从小到大。比如，我们要在x=100，y=29这个点写入1，则可以用这个句子实现：
OLED_GRAM[100][4]|=1<<2；
一个通用的在点（x，y）置1表达式为：
OLED_GRAM[x][7-y/8]|=1<<(7-y%8)；
其中x的范围为：0~127；y的范围为：0~63。
因此，我们可以得出下一个将要介绍的函数：画点函数，void OLED_DrawPoint(u8 x，u8 y，u8 t)；函数代码如下：
   

• //画点  
  
• //x:0~127  
  
• //y:0~63  
  
• //t:1 填充 0,清空  
  
• void OLED_DrawPoint(u8 x,u8 y,u8 t)  
  
• {  
  
•     u8 pos,bx,temp=0;  
  
•     if(x>127||y>63)return;//超出范围了.  
  
•     pos=7-y/8;  
  
•     bx=y%8;  
  
•     temp=1<<(7-bx);  
  
•     if(t)OLED_GRAM[x][pos]|=temp;  
  
•     else OLED_GRAM[x][pos]&=~temp;  
  
• }  
  
  

该函数有3个参数，前两个是坐标，第三个t为要写入1还是0。该函数实现了我们在OLED模块上任意位置画点的功能。
在介绍完画点函数之后，我们介绍一下显示字符函数，OLED_ShowChar，在介绍之前，我们来介绍一下字符（ASCII字符集）是怎么显示在OLED模块上去的。要显示字符，我们先要有字符的点阵数据，ASCII常用的字符集总共有95个，从空格符开始，分别为：!"#$%&'()*+，-0123456789：;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~.
我们先要得到这个字符集的点阵数据，这里我们介绍一款很好的字符提取软件：PCtoLCD2002完美版。该软件可以提供各种字符，包括汉字（字体和大小都可以自己设置）阵提取，且取模方式可以设置好几种，常用的取模方式，该软件都支持。该软件还支持图形模式，也就是用户可以自己定义图片的大小，然后画图，根据所画的图形再生成点阵数据，这功能在制作图标或图片的时候很有用。
在知道了取模方式之后，我们就可以根据取模的方式来编写显示字符的代码了，这里我们针对以上取模方式的显示字符代码如下：
   

• //在指定位置显示一个字符,包括部分字符  
  
• //x:0~127  
  
• //y:0~63  
  
• //mode:0,反白显示;1,正常显示  
  
• //size:选择字体 12/16/24  
  
• void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size,u8 mode)  
  
• {  
  
•     u8 temp,t,t1;  
  
•     u8 y0=y;  
  
•     u8 csize=(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2);      //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数  
  
•     chr=chr-' ';//得到偏移后的值  
  
•     for(t=0; t
•     {  
  
•         if(size==12)temp=asc2_1206[chr][t];         //调用1206字体  
  
•         else if(size==16)temp=asc2_1608[chr][t];    //调用1608字体  
  
•         else if(size==24)temp=asc2_2412[chr][t];    //调用2412字体  
  
•         else return;                                //没有的字库  
  
•         for(t1=0; t1<8; t1++)  
  
•         {  
  
•             if(temp&0x80)OLED_DrawPoint(x,y,mode);  
  
•             else OLED_DrawPoint(x,y,!mode);  
  
•             temp<<=1;  
  
•             y++;  
  
•             if((y-y0)==size)  
  
•             {  
  
•                 y=y0;  
  
•                 x++;  
  
•                 break;  
  
•             }  
  
•         }  
  
•     }  
  
• }  
  
  

该函数为字符以及字符串显示的核心部分，函数中chr=chr-' ';这句是要得到在字符点阵数据里面的实际地址，因为我们的取模是从空格键开始的，例如oled_asc2_1206[0][0]，代表的是空格符开始的点阵码。在接下来的代码，我们也是按照从上到小，从左到右的取模方式来编写的，先得到最高位，然后判断是写1还是0，画点；接着读第二位，如此循环，直到一个字符的点阵全部取完为止。这其中涉及到列地址和行地址的自增，根据取模方式来理解，就不难了。
oled.c的内容就为大家介绍到这里，下面看看主函数源码:
   

• int main(void)  
  
• {  
  
•     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级  
  
•     delay_init();       //延时函数初始化  
  
•     uart_init(9600);//初始化串口，串口波特率设置为9600  
  
•     printf("%srn","初始化OLED……");  
  
•     OLED_Init();  
  
•     printf("%srn","OLED初始化成功!");  
  
•   
  
•     OLED_ShowString(0,0,"Hello",24);  
  
•     OLED_ShowString(0,26,"World!",24);  
  
•     OLED_Refresh_Gram();//更新显示  
  
•     while(1)  
  
•     {  
  
•   
  
•     }  
  
• }  
  
  

该部分先是做初始化工作，然后在oled上显示“Hello World!”
仿真

仿真结果请查看视频。