概述
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以上为程序源码和仿真。
目录
一、oled概念
二、SSD1306驱动芯片
2-1 简介:
2-2 SSD1306命令
三、oled的引脚
四、画点原理(理解显示原理)
4-1 OLED模块显存:
4-2 设置内存地址模式(20h)
4-2-1 页地址模式(A[1:0]=02h)
4-2-2 水平寻址模式(A[1:0]= 00b)
4-2-3 垂直寻址模式(A[1:0]=01b)
4-3 页地址模式(A[1:0]=02h)详解
五、软件驱动
5-1 OLED.h文件:
5-2 OLED.c文件:
5-2-1 SPI通信写数据
5-2-2 向SSD1306写命令数据
5-2-3 清屏函数
5-2-4 初始化oled
5-2-5 显示一个字符
5-2-6 显示字符串
5-2-7 显示数字
5-2-8 显示汉字
5-2-9 其他命令
5-3 oledfont.h文件
六、实验
一、oled概念
OLED,即有机发光二极管( Organic Light Emitting Diode)。 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。我们介绍的是0.96寸OLED显示屏,实物图如下:
二、SSD1306驱动芯片
2-1 简介:
SSD1306 是一个单片 CMOS OLED/PLED 驱动芯片可以驱动有机/聚合发光二极管点阵图形显示系统。由 128 segments 和64 Commons组成。该芯片专为共阴极 OLED 面板设计。SSD1309中嵌入了对比度控制器、显示 RAM 和晶振,并因此减少了外部器件和功耗。有 256级亮度控制。数据/命令的发送有三种接口可选择:6800/8000 串口,I2C 接口或 SPI 接口。适用于多数简介的应用,注入移动电话的屏显,MP3 播放器和计算器等。
OLED控制器为SSD1306,也就是说:裸屏由SSD1306驱动,这也是一种较为广泛使用的led驱动芯片。所以,我们通过向SSD1306写入命令以达到想要的功能。
2-2 SSD1306命令
SSD1306的命令有很多,这就代表了它有很多的功能,但是在这里就不过多赘述,我们就了解几个常用的命令,掌握这些常用的命令便可使用基本的功能,最开始当然就是显示一个点,如果掌握显示一个点的基本原理,oled模块就几乎可以掌握了,再去学字符的显示、图形的显示和其他命令很快的掌握。下面介绍几个常见的命令:
1、命令0XB0~0xB7:用于设置页地址,其低三位的值对应着GRAM的页地址。
2、命令0X00~0X0F:用于设置显示时的起始列地址低四位。
3、命令0X10~0X1F:用于设置显示时的起始列地址高四位。
这三个命令是画点函数所要使用的,尤其是后面的两个命令,至关重要,在后面的画点实验会详细介绍(什么是列高列低也会讲到)。
4、命令0X81:设置对比度。包含两个字节,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。
5、命令0XAE/0XAF:0XAE为关闭显示命令;0XAF为开启显示命令。
三、oled的引脚
oled的介绍和驱动的介绍就先到这里,如果想要了解更多的功能和命令,可以去查查SSD1306的手册。上次我们对SPI协议和两个单片机利用SPI进行通信做了简单的介绍和实操,接下来我们通过spi驱动oled模块,在这里简单介绍一下,oled对于单片机来说就是一个从机,单片机可以通过向SSD1306写数据命令oled模块做出相应的功能,而写数据就是通过SPI通信。
我们这里介绍的是7针oled;
我们讲了SPI是全双工的,主机向从机发送数据,同时从机也可以向主机发送数据,但是oled模块不能向主机写数据,只能读出主机发过来的命令执行相应的功能,那么就意味着SPI的4条逻辑线中MISO(Master input slave output 主机输入,从机输出)就不需要了。
模块接口定义:
GND | VCC | D0 | D1 | RES | DC | CS |
电源地 | 电源正(3~5.5V) | OLED 的 D0 脚,在 SPI 和 IIC 通信中为时钟管脚 | OLED 的 D1 脚,在 SPI 和 IIC 通信中为数据管脚 | OLED 的 RES#脚,用来复位(低电平复位) | OLED 的 D/C#E 脚,数据和命令控制管脚(D/C为1代表的是发送数据,D/C为0的代表是发送命令) | OLED 的 CS#脚,也就是片选管脚 |
在这里,重点介绍一下DC,在向SSD1306写命令或是写数据时,先要向SSD1306写入控制字节信息,简单理解你可以理解当DC置0时,后面发送的是写命令,命令就是上述提到的一些常用命令,当DC置0时,后面发送的是写数据,数据一般是控制oled每个像素的的亮灭,后面会介绍。
为了对应SPI的逻辑线,做了简单的对照:
D0->SCLK: Serial Clock 串行时钟信号,由主机产生发送给从机;
D1->MOSI:Master output slave input 主机输出,从机输入(数据来自主机);
CS->SS/CS:Slave Select/Chip Select 从设备使能信号,由主设备控制。 片选信号,由主机发送,以控制与哪个从机通信,通常是低电平有效信号,oled的也是。
四、画点原理(理解显示原理)
——可以先看5-写函数部分
在写画点函数之前,我们得先了解它的发光原理,那么,如何实现一个点的点亮呢?
首先我们提到oled的分辨率为 128*64 ,怎么理解?可以看作oled由128列、64行的像素的组成,每个像素点放在一个小格子里,而要想点亮一个点,就在对应的格子里写入1,1为亮,0为灭。
那么怎么在指定的位置写入一个点呢?
步骤:设置内存地址模式(20h)->我们这选择页地址模式->确认是在哪一页->确认是这一页的哪一列->写数据
4-1 OLED模块显存:
oled的数据存放模式,OLED本身是没有显存的,它的显存是依赖于SSD1306提供的。SSD1306的显存总共为128 * 64bit大小,SSD1306将这些显存分为了8页。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。
4-2 设置内存地址模式(20h)
SSD1306 中有三种不同的内存地址模式:页地址模式,水平地址模式,垂直地址模式。这个命令将内存地址模式设置成这三种中的一种。A[1:0] :00,列地址模式;01,行地址模式;10,页地址模式;默认10;这个在初始化的时候要设置的。下面的三种模式可以简单过一下,我会选择页地址模式进行详细的讲解:
4-2-1 页地址模式(A[1:0]=02h)
在页地址模式下,在显示 RAM 读写之后,列地址指针自动加一。如果列地址指针达到了列的结束地址,列地址指针重置为列开始地址并且也地址指针不会改变。用户需要设置新的页和列地址来访问下一页 RAM 内从。页地址模式下 PAGE 和列地址指针的移动模式参考下图:
在正常显示数据 RAM 读或写和页地址模式,要求使用下面的步骤来定义开始 RAM 访问的位置:
- 通过命令 B0h 到 B7h 来设置目标显示位置的页开始地址
- 通过命令 00h~0Fh 来设置低位列地址
- 通过命令 10h~1Fh 来设置高位列地址(这3点后面后说)
4-2-2 水平寻址模式(A[1:0]= 00b)
在水平寻址模式下,当显示 RAM 被读写之后,列地址指针自动加一。如果列地址指针达到列的结束地址,列地址指针重置为列的开始地址,并且页地址指针自动加 1。水平寻址模式下页和列地址的移动顺序如下图所示。当列地址和页地址都达到了结束地址,指针重设为列地址和页地址的开始地址。
4-2-3 垂直寻址模式(A[1:0]=01b)
在垂直寻址模式下,当显示 RAM 被读写之后,页地址指针自动加一。如果页地址达到了页的结束地址,页地址自动重置为页的开始地址,列地址自动加一。页地址和列地址的移动顺序如下图所示。当列地址和页地址都达到结束地址后,指针自动重置为开始地址。
在正常显示 RAM 读或写,水平/垂直寻址模式下,要求用下面的步骤来定义 RAM 访问指针位置:
用 21h 命令设置目标显示位置的列的开始和结束地址;
用命令 22h 设置目标显示位置的页的开始和结束地址。
4-3 页地址模式(A[1:0]=02h)详解
在正常显示数据 RAM 读或写和页地址模式,要求使用下面的步骤来定义开始 RAM 访问的位置:
- 通过命令 B0h 到 B7h 来设置目标显示位置的页开始地址
将128*64分为8页,也就是没8行为1页,比如写入命令0xB0,就是在第一页开始写入数据,也就是1到8行(定义是从0开始的,也就是0代表第一行或者第一列),怎么写命令呢?就用到我们写的函数(OLED_CMD是0的宏定义):OLED_WR_Byte(unsigned char dat1,unsigned char cmd)
写入0xB0就是:
OLED_WR_Byte(0xB0,OLED_CMD);
2.通过命令 00h~0Fh 来设置低位列地址
3.通过命令 10h~1Fh 来设置高位列地址
什么是低位列地址、高位列地址,比方说:十六进制0x1F,二进制为1000 1111,那么它的低地址就是1111;高地址就是1000。命令 00h~0F,命令 10h~1Fh
这两个命令就是指定是哪一列的,是必须一起用的,放在页地址后面,比如:
我要在第3页的第4列(对应关系是PAGE2的SEG3)开始写入数据,那么我们给的命令就是:
OLED_WR_Byte(0xB2,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(0x03,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);
这样就意味着开始列是PAGE2 的 SEG3.RAM 访问指针的位置如图所示。输出数据字节将写到 RAM 列 3 的位置。
知道如何写命令让其在指定的页和列开始写入数据,但是每一页的每一列有8个像素点,如何写入数据呢?还是从PAGE2的第三列写入开始,我们可以试试全部点亮,那么就写入0x00,格式如下:
OLED_WR_Byte(0xB2,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(0x03,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte (0xFF,OLED_DATA);//注意这次是写数据
值得注意的是,OLED不能一次控制一个点阵,只能控制8个点阵;而且是垂直方向扫描控制;所以我们写入数据时要写8bit数据。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。
比如说某一页上的数据是 (0100 0000) 。如果想让其他像素点显示,会对这一页重新赋值,比如(0010 0000)。赋值过后,先前的数据就会被覆盖。也就是说一页只能打一个点,因此为了避免这种情况,要记录之前显示过的值,必须要在单片机内部申请一块内存区域充当OLED的显示缓存区,每次打点的时候读取先前的数据进行运算后再给OLED传送数据。
我们采用的办法是在单片机的内部建立一个OLED的GRAM(共128个字节),在每次修改的时候,只是修改GRAM(实际上就是SRAM),在修改完了之后,一次性把单片机上的GRAM写入到OLED的GRAM。这里的GRAM可以理解为建立一个二维数组OLED_GRAM[128][8];
当然这个方法也有坏处,但是51系列的SRAM很小,其内存大小为均1280字节。OLED显示屏共128列8页,若在单片机中申请内存则是128×8×1=1024个字节,就比较麻烦了。所以我们就不采用这种方式,我们利用页寻找的方式找到我们要开始写入的地方,也就是开始光标,然后在逐一写入字节,所以就不会有在指定的一个点画出点的函数。
主要思路:确定一页的一列为开头,写完这一页的一列后,如果还有数据要写,会自动写入下一列。
讲到这里,大家应该理解了画点的思路和原理了吧,如果还不会,可以不断地修改页地址和列地址以及写入的数据,观察oled的现象,慢慢体会画一个像素点的原理。
实验方法的main.c 文件:
#include <reg52.h>
#include "oled.h"
void main()
{
OLED_Init();
OLED_WR_Byte (0xB2,OLED_CMD);//页
OLED_WR_Byte (0x03,OLED_CMD);//列低
OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);//列高
OLED_WR_Byte (0xFF,OLED_DATA);//注意这次是写数据
while(1)
{
}
}
注意:这里面的函数在oled.c文件里是必须有的,写数据和写命令函数在下面;
五、软件驱动
使用的是软件模拟spi驱动,下面我们开始编写驱动程序:
5-1 OLED.h文件:
管脚定义:(后面写好的函数记得在这里声明)
#include<reg52.h>
#ifndef __OLED_H__
#define __OLED_H__
//首先定义好I/O口
sbit OLED_SCK=P2^0;//位定义时钟D0
sbit OLED_SDI=P2^1;//D1(MOSI) 数据
sbit OLED_RST =P2^2;//复位
sbit OLED_DC =P2^3;//数据/命令控制
sbit OLED_CS=P2^4;//位定义片选(使能)
#define OLED_SCK_Clr() OLED_SCK=0
#define OLED_SCK_Set() OLED_SCK=1
#define OLED_SDI_Clr() OLED_SDI=0
#define OLED_SDI_Set() OLED_SDI=1
#define OLED_RST_Clr() OLED_RST=0
#define OLED_RST_Set() OLED_RST=1
#define OLED_DC_Clr() OLED_DC=0
#define OLED_DC_Set() OLED_DC=1
#define OLED_CS_Clr() OLED_CS=0
#define OLED_CS_Set() OLED_CS=1
#define OLED_CMD 0 //写命令
#define OLED_DATA 1 //写数据
#endif
5-2 OLED.c文件:
5-2-1 SPI通信写数据
7脚oled是用spi驱动的,既然涉及spi,也就是写主机和从机之间的数据传输,上面提到oled模块不能向主机写数据,所以只要写spi通信的写数据函数:
void Spi_Send(unsigned char dat)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++) //循环写入
{
OLED_SCK_Clr(); //片选拉低
if(dat&0x80)// 1000 0000 dat与0x80x相与
{
OLED_SDI_Set(); //数据脚拉高
}
else
{
OLED_SDI_Clr(); //数据脚拉低
}
OLED_SCK_Set(); //时钟信号上升沿
dat<<=1;
}
}
5-2-2 向SSD1306写命令数据
接下来写向SSD1306写入一个字节的函数,为什么分写数据和写命令呢?写命令是为了实现oled的一些功能,如设置内存地址模式,反白显示等,都是要通过发送指定的命令去实现,而写数据主要是点亮oled,就意味着0x00~0xFF的数据都可能涉及到,这样会和指定的命令重复,所以要分清是写命令还是写数据;
那怎么区分呢?上文介绍D/C为1代表的是发送数据,D/C为0的代表是发送命令。
//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(unsigned char dat1,unsigned char cmd)
{
unsigned char i; /用于写入的循环变量
if(cmd)
OLED_DC_Set(); //如果写入数据,DC拉高
else
OLED_DC_Clr(); //否则写入命令,DC拉低
OLED_CS_Clr(); //片选拉低,准备写入
Spi_Send(dat1) //spi写字节
OLED_CS_Set(); //片选数据拉高 停止写入
OLED_DC_Set(); //拉高DC,默认是高电平
}
这样一来,基本的写数据命令函数就完成了
5-2-3 清屏函数
看这个函数可能会不理解,但是初始化的时候会用到,可以先跳过这里去看第四章画点的介绍,再回来理解。清屏的思路就是将每一个像素点写入0。
//清屏函数,清完屏,整个屏幕是黑色的!和没点亮一样!!!
void OLED_Clear(void)
{
unsigned char i,n;
for(i=0;i<8;i++) //这个可以理解为循环8次每次代表一页Page
{
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(0x00,OLED_DATA); //128列依次写入字节0000 0000
} //更新显示
}
5-2-4 初始化oled
接下来我们对oled初始化,这样才能对oled正常使用,初始化就是依照oled的数据手册提供的初始化步骤和向oled写入相关的命令就可以了。
//初始化SSD1306
void OLED_Init(void)
{
OLED_RST_Set();
delay_ms(100);
OLED_RST_Clr();
delay_ms(100);
OLED_RST_Set();
OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--关闭oled面板
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---设置低列地址
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---设置高列地址
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--设置起始行地址集映射RAM显示起始行
OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//--设置对比度控制寄存器
OLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD); // 设置SEG输出电流亮度
OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//设置SEG列映射0xa0左右反置 0xa1正常
OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//设置COM/Row扫描方向 0xc0上下反置 0xc8正常
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//设置正常显示
OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//设置多路复用比(1比64)
OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty
OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//设置显示偏移位移映射RAM计数器 (0x00~0x3F)
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//-not offset
OLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);//设置显示时钟分频比/振荡频率
OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//设置分频比,设置时钟为100帧/秒
OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//设置pre-charge时期
OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//设定预充时间为15个时钟,放电时间为1个时钟
OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//设置com引脚硬件配置
OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//--set vcomh
OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//设置VCOM取消选择级别
OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//设置寻址模式 (0x00/0x01/0x02)
OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//设置页寻址模式
OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//设置电荷泵启用/禁用
OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable设置(0 x10)禁用
OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);// 在(0xa4/0xa5)上禁用整个显示
OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);// 在(0xa6/a7)上禁用反向显示
OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//--turn on oled panel开启oled面板
OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); /*display ON*/
OLED_Clear(); //清屏
}
5-2-5 显示一个字符
我们理解了oled显示的原理之后,接下来,我们开始在oled屏幕上显示内容,先写基础的字符显示,上面我们提到了内容显示的思路:确定一页的一列为开头,写完这一页的一列后,如果还有数据要写,会自动写入下一列。
所以先写光标函数:
//坐标设置
void OLED_Set_Pos(unsigned char x, unsigned char y)
{
OLED_WR_Byte(0xb0+y,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte(((x&0xf0)>>4)|0x10,OLED_CMD);
OLED_WR_Byte((x&0x0f),OLED_CMD);
}
字符函数:
//在指定位置显示一个字符,包括部分字符
//x:0~127
//y:0~63
//sizey:选择字体 8/16 6x8 8x16
void OLED_ShowChar(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char chr,unsigned char sizey)
{
unsigned char c=0,sizex=sizey/2;
unsigned int i=0,size1;
if(sizey==8)size1=6;
else size1=(sizey/8+((sizey%8)?1:0))*(sizey/2);
c=chr-' ';//得到偏移后的值
OLED_Set_Pos(x,y);
for(i=0;i<size1;i++)
{
if(i%sizex==0&&sizey!=8) OLED_Set_Pos(x,y++);
if(sizey==8) OLED_WR_Byte(asc2_0806[c][i],OLED_DATA);//6X8字号
else if(sizey==16) OLED_WR_Byte(asc2_1608[c][i],OLED_DATA);//8x16字号
// else if(sizey==xx) OLED_WR_Byte(asc2_xxxx[c][i],OLED_DATA);//用户添加字号
else return;
}
}
这个函数中,涉及到数组asc2_0806[c][i] 和asc2_1608[c][i]那是因为一个字符由很多个像素点组成,数组方便封装和调用。这些数组都是放在oledfont.h文件中的。
使用的方法是:
OLED_ShowChar(0,0,'?',8);
这就会在第一行到第8行,第一列到第四列显示一个字体为8的问号:
5-2-6 显示字符串
这个就是基于5.2.5的字符显示函数,无非就是连续的显示字符:
//显示一个字符号串
void OLED_ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *chr,unsigned char sizey)
{
unsigned char j=0;
while (chr[j]!='