現(xiàn)在OLED顯示屏在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用的越來越多。對于一些顯示信息不太復(fù)雜，以顯示信息為主的需求，我們一般會選擇OLED顯示屏。在這一篇中，我們將討論OLED顯示屏驅(qū)動的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1、功能概述

??從使用的情況來說，較為常用的是0.96英寸的OLED128x64的顯示屏。這種OLED屏多采用象SSD1306這類驅(qū)動芯片，所以我們對OLED屏的操作實(shí)際就是對控制芯片的操作。

??對于0.96英寸的OLED128x64的顯示屏，其像素點(diǎn)為128x64個(gè)，對應(yīng)在顯示RAM中的128x64個(gè)位。在顯存中，這些區(qū)域被劃分為8個(gè)Page，這些頁的劃分具體如下圖所示：

??在每一頁中包括128x8個(gè)位對應(yīng)相應(yīng)的像素點(diǎn)，對顯示像素的操作就是對鄉(xiāng)村中對應(yīng)的位的操作，每頁中像素點(diǎn)的排布如下：

??對于操作0.96英寸的OLED128x64顯示屏的接口有多種，如6800并行接口、8080并行接口、SPI串行接口以及I2C串行接口等。對于并行接口應(yīng)用較少，現(xiàn)在應(yīng)用較多的是SPI和I2C這兩種串行總線接口。在SPI接口方式下，有3個(gè)控制引腳是需要操作的，分別是復(fù)位、數(shù)據(jù)命令選擇和片選信號。而在I2C接口方式下，僅有復(fù)位引腳是可控的，但在發(fā)送命令或數(shù)據(jù)時(shí)會多一個(gè)字節(jié)的控制字。

2、驅(qū)動設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)了解了0.96英寸的OLED128x64顯示屏的基本情況，在這里我們來考慮如何實(shí)現(xiàn)0.96英寸的OLED128x64顯示屏的驅(qū)動設(shè)計(jì)。

2.1、對象定義

??在使用一個(gè)對象之前我們需要獲得一個(gè)對象。同樣的我們想要OLED顯示屏就需要先定義OLED顯示屏的對象。

2.1.1、對象的抽象

??我們要得到OLED顯示屏對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個(gè)對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個(gè)方面思考一下OLED顯示屏的對象。

??先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識或記錄對象特征的東西。我們來考慮0.96英寸的OLED128x64顯示屏對象屬性。我們考慮SPI和I2C兩種接口的情形，所以我們要分辨當(dāng)前使用的接口形式以確定采取適當(dāng)?shù)牟僮鞣绞剑晕覀儗?a target="_blank">端口類型設(shè)置為其屬性以保存當(dāng)前的操作接口類型。在I2C接口時(shí)，每一臺I2C從設(shè)備都需要有一個(gè)設(shè)備地址，我們要記錄當(dāng)前從設(shè)備的地址，所以將其設(shè)置為屬性。

??接著我們還需要考慮OLED顯示屏對象的操作問題。在SPI接口模式下，我們需要控制復(fù)位、數(shù)據(jù)命令選擇以及片選控制引腳，而在I2C接口模式下，我們需要控制復(fù)位引腳。這些控制引腳的操作都依賴于具體的硬件平臺，所以我們將其作為對象的操作。我們要想OLED發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，但不論是何種接口類型這一操作都依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將其作為對象的操作。為了控制操作時(shí)序，我們需要延時(shí)操作函數(shù)，而延時(shí)操作也依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將其作為對象的操作。

??根據(jù)上述我們對OLED顯示屏的分析，我們可以定義OLED顯示屏的對象類型如下：

/*定義OLED對象類型*/
typedef struct OledObject {
 uint8_t devAddress;
 OledPortType port;
 void (*Write)(struct OledObject *oled,uint8_t *wData,uint16_t wSize);
 void (*ChipSelcet)(OledCSType en);
 void (*DCSelcet)(OledDCType dc);
 void (*ChipReset)(OledRSTType rst);
 void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);
}OledObjectType;

2.1.2、對象初始化

??我們知道，一個(gè)對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進(jìn)行初始化，所以這里我們來考慮OLED顯示屏對象的初始化函數(shù)。一般來說，初始化函數(shù)需要處理幾個(gè)方面的問題。一是檢查輸入?yún)?shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。

??而且0.96英寸的OLED128x64顯示屏在實(shí)現(xiàn)復(fù)位引腳的操作后將實(shí)現(xiàn)其初始化配置。據(jù)此我們設(shè)計(jì)OLED顯示屏對象的初始化函數(shù)如下：

/*OLED顯示屏對象初始化*/
void OledInitialization(OledObjectType *oled,      //OLED對象
        OledPortType port,       //通訊端口
        uint8_t address,        //I2C設(shè)備地址
        OledWrite write,        //寫數(shù)據(jù)函數(shù)
        OledChipReset rst,       //復(fù)位信號操作函數(shù)指針
        OledDCSelcet dc,        //DC信號控制函數(shù)指針
        OledChipSelcet cs,       //SPI片選信號函數(shù)指針
        OledDelayms delayms       //毫秒延時(shí)函數(shù)指針
        )
{
 if((oled==NULL)||(write==NULL)||(rst==NULL) ||(delayms==NULL))
 {
  return;
 }
 oled->Write=write;
 oled->ChipReset=rst;
 oled->Delayms=delayms;
 
 oled->port=port;
 
 if(port==OLED_I2C)
 {
  if((address==0x3C)||(address==0x3D))
  {
   oled->devAddress=(address<<1);
  }
  else if((address==0x78)||(address==0x7A))
  {
   oled->devAddress=address;
  }
  else
  {
   oled->devAddress=0x00;
  }
 
 if(dc==NULL)
 {
  return;
 }
  oled->DCSelcet=dc;
  oled->ChipSelcet=cs;
 }
 else
 {
  oled->devAddress=0xFF;
  
  if(cs==NULL)
  {
   oled->ChipSelcet=OledChipSelect;
  }
  else
  {
   oled->ChipSelcet=cs;
  }
  oled->DCSelcet=dc;
 }
 
 oled->ChipReset(OLED_WORK);
 oled->Delayms(100);
 oled->ChipReset(OLED_RESET);
 oled->Delayms(100);
 oled->ChipReset(OLED_WORK);
 
 SendToOled(oled,0xAE,OLEDDC_Command); //關(guān)閉顯示
 SendToOled(oled,0x20,OLEDDC_Command); //Set Memory Addressing Mode    
 SendToOled(oled,0x10,OLEDDC_Command); //00,Horizontal Addressing Mode;01,Vertical Addressing Mode;10,Page Addressing Mode (RESET);11,Invalid
 SendToOled(oled,0xB0,OLEDDC_Command); //Set Page Start Address for Page Addressing Mode,0-7
 SendToOled(oled,0xA1,OLEDDC_Command); //0xa0，X軸正常顯示；0xa1，X軸鏡像顯示
 SendToOled(oled,0xC8,OLEDDC_Command); //0xc0，Y軸正常顯示；0xc8，Y軸鏡像顯示
 SendToOled(oled,0x00,OLEDDC_Command); //設(shè)置列地址低4位
 SendToOled(oled,0x10,OLEDDC_Command); //設(shè)置列地址高4位
 SendToOled(oled,0x40,OLEDDC_Command); //設(shè)置起始線地址
 
 SendToOled(oled,0x81,OLEDDC_Command); //設(shè)置對比度值
 SendToOled(oled,0x7F,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xA6,OLEDDC_Command); //0xa6,正常顯示模式;0xa7，
 
 SendToOled(oled,0xA8,OLEDDC_Command); //--set multiplex ratio(1 to 64)
 SendToOled(oled,0x3F,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xA4,OLEDDC_Command); //0xa4,顯示跟隨RAM的改變而改變;0xa5,顯示內(nèi)容忽略RAM的內(nèi)容
 
 SendToOled(oled,0xD3,OLEDDC_Command); //設(shè)置顯示偏移
 SendToOled(oled,0x00,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xD5,OLEDDC_Command); //設(shè)置內(nèi)部顯示時(shí)鐘頻率
 SendToOled(oled,0xF0,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xD9,OLEDDC_Command); //--set pre-charge period
 SendToOled(oled,0x22,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xDA,OLEDDC_Command); //--set com pins hardware configuration
 SendToOled(oled,0x12,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xDB,OLEDDC_Command); //--set vcomh
 SendToOled(oled,0x20,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0x8D,OLEDDC_Command); //--set DC-DC enable
 SendToOled(oled,0x14,OLEDDC_Command); //------
 
 SendToOled(oled,0xAF,OLEDDC_Command); //打開顯示
 
 OledClearScreen(oled);
}

2.2、對象操作

??我們已經(jīng)完成了OLED顯示屏對象類型的定義和對象初始化函數(shù)的設(shè)計(jì)。但我們的主要目標(biāo)是獲取對象的信息，接下來我們還要實(shí)現(xiàn)面向OLED顯示屏的各類操作。

??對于0.96英寸的OLED128x64顯示屏來說，不論是采用何種接口方式，也不論是需要顯示什么內(nèi)容。對于我們來說，雖然在不同的接口模式下操作會有些許差別，但本質(zhì)上都是向OLED寫數(shù)據(jù)。

??在SPI接口模式下，我們在向OLED發(fā)送數(shù)據(jù)和命令時(shí)，需要同時(shí)操作片選信號和數(shù)據(jù)命令選擇信號，以表明需要操作的對象和發(fā)送的是數(shù)據(jù)還是命令。具體的操作時(shí)序如下：

??在I2C接口模式下，我們在向OLED發(fā)送數(shù)據(jù)和命令時(shí)，沒有片選和數(shù)據(jù)命令選擇信號，所以我們需要發(fā)送從站地址以區(qū)分要操作的對象，需要發(fā)送控制字節(jié)以區(qū)分是數(shù)據(jù)還是命令。具體的操作時(shí)序如下：

??根據(jù)前述對0.96英寸的OLED128x64顯示屏的描述以及上述時(shí)序圖，我們可以編寫向OLED發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)如下：

/*向OLED發(fā)送數(shù)據(jù)*/
static void SendToOled(OledObjectType *oled,uint8_t sData,OledDCType type)
{
 uint8_t wData[2];
 
 if(oled->port==OLED_SPI)
 {
  oled->ChipSelcet(OLEDCS_Enable);
  
  if(type==OLEDDC_Command)
  {
   oled->DCSelcet(OLEDDC_Command);
  }
  else
  {
   oled->DCSelcet(OLEDDC_Data);
  }
  
  oled->Write(oled,&sData,1);
  
  oled->ChipSelcet(OLEDCS_Disable);
 }
 else
 {
  if(type==OLEDDC_Command)
  {
   wData[0]=0x00;
  }
  else
  {
   wData[0]=0x40;
  }
  
  wData[1]=sData;
  
  oled->Write(oled,wData,2);
 }
}

3、驅(qū)動的使用

??我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了0.96英寸的OLED128x64顯示屏驅(qū)動設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在我們需要對這一驅(qū)動進(jìn)行驗(yàn)證，基于此我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的驗(yàn)證應(yīng)用。

3.1、聲明并初始化對象

??使用基于對象的操作我們需要先得到這個(gè)對象，所以我們先要使用前面定義的OLED顯示屏對象類型聲明一個(gè)OLED顯示屏對象變量，具體操作格式如下：

??OledObjectType oled;

??聲明了這個(gè)對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動中定義的初始化函數(shù)對這個(gè)變量進(jìn)行初始化。這個(gè)初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

??OledObjectType *oled, //OLED對象

??OledPortType port, //通訊端口

?? uint8_t address, //I2C設(shè)備地址

??OledWrite write, //寫數(shù)據(jù)函數(shù)

??OledChipReset rst, //復(fù)位信號操作函數(shù)指針

??OledDCSelcet dc, //DC信號控制函數(shù)指針

??OledChipSelcet cs, //SPI片選信號函數(shù)指針

??OledDelayms delayms //毫秒延時(shí)函數(shù)指針

??對于這些參數(shù)，對象變量我們已經(jīng)定義了。所使用的通訊接口方式為枚舉，根據(jù)實(shí)際情況選擇就好了。而從站地址對于OLED來說，有幾種選擇，根據(jù)實(shí)際情況輸入就可。主要的是我們需要定義幾個(gè)函數(shù)，并將函數(shù)指針作為參數(shù)。這幾個(gè)函數(shù)的類型如下：

/*向OLED下發(fā)指令，指令格式均為1個(gè)字節(jié)*/
typedef void (*OledWrite)(OledObjectType *oled,uint8_t *wData,uint16_t wSize);

/*復(fù)位信號操作函數(shù)指針*/
typedef void (*OledChipReset)(OledRSTType rst);

/*數(shù)據(jù)命令，用于SPI接口*/
typedef void (*OledDCSelcet)(OledDCType dc);

/*片選信號,用于SPI接口*/
typedef void (*OledChipSelcet)(OledCSType en);   

/*毫秒秒延時(shí)函數(shù)*/
typedef void (*OledDelayms)(volatile uint32_t nTime);

??對于這幾個(gè)函數(shù)我們根據(jù)樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺有關(guān)系。片選操作函數(shù)用于多設(shè)備需要軟件操作時(shí)，如采用硬件片選可以傳入NULL即可。具體函數(shù)定義如下：

void WriteDataToLED(struct OledObject *oled,uint8_t *wData,uint16_t wSize)
{
 HAL_I2C_Master_Transmit(&oledhi2c,oled->devAddress,wData,wSize,1000);
}

void OLedChipResetf(OledRSTType rst)
{
 HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_8,(GPIO_PinState)rst);
}

??對于延時(shí)函數(shù)我們可以采用各種方法實(shí)現(xiàn)。我們采用的STM32平臺和HAL庫則可以直接使用HAL_Delay()函數(shù)。于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

/*OLED顯示屏對象初始化*/
OledInitialization(&oled,     //OLED對象
         OLED_I2C,    //通訊端口
         0x78,      //I2C設(shè)備地址
         WriteDataToLED, //寫數(shù)據(jù)函數(shù)
         OLedChipResetf, //復(fù)位信號操作函數(shù)指針
         NULL,      //DC信號控制函數(shù)指針
         NULL,      //SPI片選信號函數(shù)指針
         HAL_Delay    //毫秒延時(shí)函數(shù)指針
         );

??因在I2C接口模式下，片選信號和數(shù)據(jù)命令選擇信號并不需要控制所以以NULL輸入即可。

3.2、基于對象進(jìn)行操作

??我們定義了對象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們在驅(qū)動中已經(jīng)針對不同的字體大小設(shè)置了不同的操作函數(shù)，接下來我們使用這一驅(qū)動開發(fā)我們的應(yīng)用實(shí)例。

/*OLED顯示信息*/
void OledDisplayMessage(void)
{
 /* 世(0) 界(1) 你(2) 好(3)*/
 uint8_t chinChar[4][32]={
  {0x20,0x20,0x20,0xFE,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00,
  0x00,0x00,0x00,0x7F,0x40,0x40,0x47,0x44,0x44,0x44,0x47,0x40,0x40,0x40,0x00,0x00},//"世",0
  {0x00,0x00,0x00,0xFE,0x92,0x92,0x92,0xFE,0x92,0x92,0x92,0xFE,0x00,0x00,0x00,0x00,
  0x08,0x08,0x04,0x84,0x62,0x1E,0x01,0x00,0x01,0xFE,0x02,0x04,0x04,0x08,0x08,0x00},//"界",1
  {0x00,0x80,0x60,0xF8,0x07,0x40,0x20,0x18,0x0F,0x08,0xC8,0x08,0x08,0x28,0x18,0x00,
  0x01,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x10,0x0C,0x03,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x01,0x06,0x18,0x00},//"你",2
  {0x10,0x10,0xF0,0x1F,0x10,0xF0,0x00,0x80,0x82,0x82,0xE2,0x92,0x8A,0x86,0x80,0x00,
  0x40,0x22,0x15,0x08,0x16,0x61,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}//"好",3
 };
 
 char pStr[]="Hello, World!";
 
 float x=1.1;
 float y=2.2;
 float z=3.3;
 
 //顯示16x16的漢字
 OledShow16x16Char(&oled,0,32,chinChar[0]);
 OledShow16x16Char(&oled,0,48,chinChar[1]);
 OledShow16x16Char(&oled,0,64,chinChar[2]);
 OledShow16x16Char(&oled,0,80,chinChar[3]);
 
 //顯示8x16的ASCII字符
 OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,2,32,pStr);
 //顯示8x16的ASCII字符
 OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,4,20,"X%0.1f,Y%0.1f,Z%0.1f",x,y,z);
 
}

4、應(yīng)用總結(jié)

??在本篇中，我們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了0.96英寸的OLED128x64顯示屏的驅(qū)動，并設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的驗(yàn)證應(yīng)用來驗(yàn)證這一驅(qū)動程序。在我們的驗(yàn)證應(yīng)用中使用OLED顯示了16下6點(diǎn)陣的中文字符，以及8x16點(diǎn)陣的ASCII字符，其顯示效果與我們預(yù)期一致。

??在使用驅(qū)動時(shí)需注意，0.96英寸的OLED128x64顯示屏支持SPI和I2C兩種接口，而且SPI也支持3線和4線模式，但我們在測試應(yīng)用中只使用了I2C接口，在I2C接口時(shí)，不需要控制片選信號和數(shù)據(jù)命令選擇信號，所以在初始化時(shí)傳遞NULL值就可以了。

??在使用驅(qū)動時(shí)需注意，采用SPI接口的器件需要考慮片選操作的問題。如果片選信號是通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)的，我們在初始化時(shí)給其傳遞NULL值。如果是軟件操作片選則傳遞我們編寫的片選操作函數(shù)。在使用SPI接口時(shí)，支持SPI模式0（CPOL=CPHA=0）和模式3（CPOL=CPHA=1）。