现在OLED显示屏在嵌入式系统中应用的越来越多。对于一些显示信息不太复杂,以显示信息为主的需求,我们一般会选择OLED显示屏。在这一篇中,我们将讨论OLED显示屏驱动的设计与实现。
1、功能概述
从使用的情况来说,较为常用的是0.96英寸的OLED128x64的显示屏。这种OLED屏多采用象SSD1306这类驱动芯片,所以我们对OLED屏的操作实际就是对控制芯片的操作。
对于0.96英寸的OLED128x64的显示屏,其像素点为128x64个,对应在显示RAM中的128x64个位。在显存中,这些区域被划分为8个Page,这些页的划分具体如下图所示:
在每一页中包括128x8个位对应相应的像素点,对显示像素的操作就是对乡村中对应的位的操作,每页中像素点的排布如下:
对于操作0.96英寸的OLED128x64显示屏的接口有多种,如6800并行接口、8080并行接口、SPI串行接口以及I2C串行接口等。对于并行接口应用较少,现在应用较多的是SPI和I2C这两种串行总线接口。在SPI接口方式下,有3个控制引脚是需要操作的,分别是复位、数据命令选择和片选信号。而在I2C接口方式下,仅有复位引脚是可控的,但在发送命令或数据时会多一个字节的控制字。
2、驱动设计与实现
我们已经了解了0.96英寸的OLED128x64显示屏的基本情况,在这里我们来考虑如何实现0.96英寸的OLED128x64显示屏的驱动设计。
2.1、对象定义
在使用一个对象之前我们需要获得一个对象。同样的我们想要OLED显示屏就需要先定义OLED显示屏的对象。
2.1.1、对象的抽象
我们要得到OLED显示屏对象,需要先分析其基本特性。一般来说,一个对象至少包含两方面的特性:属性与操作。接下来我们就来从这两个方面思考一下OLED显示屏的对象。
先来考虑属性,作为属性肯定是用于标识或记录对象特征的东西。我们来考虑0.96英寸的OLED128x64显示屏对象属性。我们考虑SPI和I2C两种接口的情形,所以我们要分辨当前使用的接口形式以确定采取适当的操作方式,所以我们将端口类型设置为其属性以保存当前的操作接口类型。在I2C接口时,每一台I2C从设备都需要有一个设备地址,我们要记录当前从设备的地址,所以将其设置为属性。
接着我们还需要考虑OLED显示屏对象的操作问题。在SPI接口模式下,我们需要控制复位、数据命令选择以及片选控制引脚,而在I2C接口模式下,我们需要控制复位引脚。这些控制引脚的操作都依赖于具体的硬件平台,所以我们将其作为对象的操作。我们要想OLED发送命令和数据,但不论是何种接口类型这一操作都依赖于具体的软硬件平台,所以我们将其作为对象的操作。为了控制操作时序,我们需要延时操作函数,而延时操作也依赖于具体的软硬件平台,所以我们将其作为对象的操作。
根据上述我们对OLED显示屏的分析,我们可以定义OLED显示屏的对象类型如下:
/*定义OLED对象类型*/
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、对象初始化
我们知道,一个对象仅作声明是不能使用的,我们需要先对其进行初始化,所以这里我们来考虑OLED显示屏对象的初始化函数。一般来说,初始化函数需要处理几个方面的问题。一是检查输入参数是否合理;二是为对象的属性赋初值;三是对对象作必要的初始化配置。
而且0.96英寸的OLED128x64显示屏在实现复位引脚的操作后将实现其初始化配置。据此我们设计OLED显示屏对象的初始化函数如下:
/*OLED显示屏对象初始化*/
void OledInitialization(OledObjectType *oled, //OLED对象
OledPortType port, //通讯端口
uint8_t address, //I2C设备地址
OledWrite write, //写数据函数
OledChipReset rst, //复位信号操作函数指针
OledDCSelcet dc, //DC信号控制函数指针
OledChipSelcet cs, //SPI片选信号函数指针
OledDelayms delayms //毫秒延时函数指针
)
{
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); //关闭显示
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轴正常显示;0xa1,X轴镜像显示
SendToOled(oled,0xC8,OLEDDC_Command); //0xc0,Y轴正常显示;0xc8,Y轴镜像显示
SendToOled(oled,0x00,OLEDDC_Command); //设置列地址低4位
SendToOled(oled,0x10,OLEDDC_Command); //设置列地址高4位
SendToOled(oled,0x40,OLEDDC_Command); //设置起始线地址
SendToOled(oled,0x81,OLEDDC_Command); //设置对比度值
SendToOled(oled,0x7F,OLEDDC_Command); //------
SendToOled(oled,0xA6,OLEDDC_Command); //0xa6,正常显示模式;0xa7,
SendToOled(oled,0xA8,OLEDDC_Command); //--set multiplex ratio(1 to 64)
SendToOled(oled,0x3F,OLEDDC_Command); //------
SendToOled(oled,0xA4,OLEDDC_Command); //0xa4,显示跟随RAM的改变而改变;0xa5,显示内容忽略RAM的内容
SendToOled(oled,0xD3,OLEDDC_Command); //设置显示偏移
SendToOled(oled,0x00,OLEDDC_Command); //------
SendToOled(oled,0xD5,OLEDDC_Command); //设置内部显示时钟频率
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); //打开显示
OledClearScreen(oled);
}
2.2、对象操作
我们已经完成了OLED显示屏对象类型的定义和对象初始化函数的设计。但我们的主要目标是获取对象的信息,接下来我们还要实现面向OLED显示屏的各类操作。
对于0.96英寸的OLED128x64显示屏来说,不论是采用何种接口方式,也不论是需要显示什么内容。对于我们来说,虽然在不同的接口模式下操作会有些许差别,但本质上都是向OLED写数据。
在SPI接口模式下,我们在向OLED发送数据和命令时,需要同时操作片选信号和数据命令选择信号,以表明需要操作的对象和发送的是数据还是命令。具体的操作时序如下:
在I2C接口模式下,我们在向OLED发送数据和命令时,没有片选和数据命令选择信号,所以我们需要发送从站地址以区分要操作的对象,需要发送控制字节以区分是数据还是命令。具体的操作时序如下:
根据前述对0.96英寸的OLED128x64显示屏的描述以及上述时序图,我们可以编写向OLED发送数据的函数如下:
/*向OLED发送数据*/
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、驱动的使用
我们已经实现了0.96英寸的OLED128x64显示屏驱动设计及实现,现在我们需要对这一驱动进行验证,基于此我们需要设计一个简单的验证应用。
3.1、声明并初始化对象
使用基于对象的操作我们需要先得到这个对象,所以我们先要使用前面定义的OLED显示屏对象类型声明一个OLED显示屏对象变量,具体操作格式如下:
OledObjectType oled;
声明了这个对象变量并不能立即使用,我们还需要使用驱动中定义的初始化函数对这个变量进行初始化。这个初始化函数所需要的输入参数如下:
OledObjectType *oled, //OLED对象
OledPortType port, //通讯端口
uint8_t address, //I2C设备地址
OledWrite write, //写数据函数
OledChipReset rst, //复位信号操作函数指针
OledDCSelcet dc, //DC信号控制函数指针
OledChipSelcet cs, //SPI片选信号函数指针
OledDelayms delayms //毫秒延时函数指针
对于这些参数,对象变量我们已经定义了。所使用的通讯接口方式为枚举,根据实际情况选择就好了。而从站地址对于OLED来说,有几种选择,根据实际情况输入就可。主要的是我们需要定义几个函数,并将函数指针作为参数。这几个函数的类型如下:
/*向OLED下发指令,指令格式均为1个字节*/
typedef void (*OledWrite)(OledObjectType *oled,uint8_t *wData,uint16_t wSize);
/*复位信号操作函数指针*/
typedef void (*OledChipReset)(OledRSTType rst);
/*数据命令,用于SPI接口*/
typedef void (*OledDCSelcet)(OledDCType dc);
/*片选信号,用于SPI接口*/
typedef void (*OledChipSelcet)(OledCSType en);
/*毫秒秒延时函数*/
typedef void (*OledDelayms)(volatile uint32_t nTime);
对于这几个函数我们根据样式定义就可以了,具体的操作可能与使用的硬件平台有关系。片选操作函数用于多设备需要软件操作时,如采用硬件片选可以传入NULL即可。具体函数定义如下:
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);
}
对于延时函数我们可以采用各种方法实现。我们采用的STM32平台和HAL库则可以直接使用HAL_Delay()函数。于是我们可以调用初始化函数如下:
/*OLED显示屏对象初始化*/
OledInitialization(&oled, //OLED对象
OLED_I2C, //通讯端口
0x78, //I2C设备地址
WriteDataToLED, //写数据函数
OLedChipResetf, //复位信号操作函数指针
NULL, //DC信号控制函数指针
NULL, //SPI片选信号函数指针
HAL_Delay //毫秒延时函数指针
);
因在I2C接口模式下,片选信号和数据命令选择信号并不需要控制所以以NULL输入即可。
3.2、基于对象进行操作
我们定义了对象变量并使用初始化函数给其作了初始化。接着我们就来考虑操作这一对象获取我们想要的数据。我们在驱动中已经针对不同的字体大小设置了不同的操作函数,接下来我们使用这一驱动开发我们的应用实例。
/*OLED显示信息*/
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;
//显示16x16的汉字
OledShow16x16Char(&oled,0,32,chinChar[0]);
OledShow16x16Char(&oled,0,48,chinChar[1]);
OledShow16x16Char(&oled,0,64,chinChar[2]);
OledShow16x16Char(&oled,0,80,chinChar[3]);
//显示8x16的ASCII字符
OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,2,32,pStr);
//显示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、应用总结
在本篇中,我们设计并实现了0.96英寸的OLED128x64显示屏的驱动,并设计了一个简单的验证应用来验证这一驱动程序。在我们的验证应用中使用OLED显示了16下6点阵的中文字符,以及8x16点阵的ASCII字符,其显示效果与我们预期一致。
在使用驱动时需注意,0.96英寸的OLED128x64显示屏支持SPI和I2C两种接口,而且SPI也支持3线和4线模式,但我们在测试应用中只使用了I2C接口,在I2C接口时,不需要控制片选信号和数据命令选择信号,所以在初始化时传递NULL值就可以了。
在使用驱动时需注意,采用SPI接口的器件需要考虑片选操作的问题。如果片选信号是通过硬件电路来实现的,我们在初始化时给其传递NULL值。如果是软件操作片选则传递我们编写的片选操作函数。在使用SPI接口时,支持SPI模式0(CPOL=CPHA=0)和模式3(CPOL=CPHA=1)。
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