STM32學習--OLED
OLED
1. 簡述
現在單色點陣的小顯示模組的使用場影逐漸變少，但做為紅極一時的顯示應用還是有學習的意義。我們以正點原子的OLED模組為物件開展學習。
單色點陣的顯示模組主要有5種介面方式：並行的有8080和6800，序列的主要是I2C和三線、四線的SPI。一般的驅動晶片均支援這些模式，但具體晶片可能有差別。
這裡我們主要聊8080和四線的SPI，因為正點原子有相應的例項，易於理解，其實其他的思考方式也差不多。
先了解一下正點原子的OLED模組，它使用SSD1306驅動晶片。晶片內部GRAM組成為8頁，每頁126位元組，對應128X64點陣，所以我們顯示時只要在對應的點上寫0或1來控制對應點是否點亮。
其有很多控制指令，一般應用下列指令就OK，如果有其他使用參見其手冊。
第一個命令為0X81，用於設定對比度的，這個命令包含了兩個位元組，第一個 0X81 為命令，
隨後傳送的一個位元組為要設定的對比度的值。這個值設定得越大螢幕就越亮。
第二個命令為0XAE/0XAF。0XAE 為關閉顯示命令； 0XAF 為開啟顯示命令。
第三個命令為0X8D，該指令也包含2 個位元組，第一個為命令字，第二個為設定值，第二
個位元組的BIT2 表示電荷泵的開關狀態，該位為 1，則開啟電荷泵，為 0 則關閉。在模組初始化
的時候，這個必須要開啟，否則是看不到螢幕顯示的。
第五個指令為0X00~0X0F，該指令用於設定顯示時的起始列地址低四位。
第六個指令為0X10~0X1F，該指令用於設定顯示時的起始列地址高四位。
操作顯示模組主要就是四種通訊：寫資料、寫指令、讀資料、讀狀態。而寫資料和寫指令僅在DC口的狀態不同，其他時序都一樣所以只用寫一個WR_OLED_BYTE(dat,cmd)函式；同樣讀操作也可以只用RD_OLED_(dat,cmd)函式實現。
而且每次寫入都是按位元組寫入的，這就存在一個問題，如果我們使用只寫方式操作模組，那麼，每次要寫 8 個點，這樣，我們在畫點的時候，就必須把要設定的點所在的位元組的每個位都搞清楚當前的狀態（ 0/1？），否則寫入的資料就會覆蓋掉之前的狀態，結果就是有些不需要顯示的點，顯示出來了，或者該顯示的沒有顯示了。這個問題在能讀的模式下，我們可以先讀出來要寫入的那個位元組，得到當前狀況，在修改了要改寫的位之後再寫進 GRAM，這樣就不會影響到之前的狀況了。但是這樣需要能讀GRAM，對於 3 線或 4 線 SPI 模式，模組是不支援讀的，而且讀->改->寫的方式速度也比較慢。所以採用的辦法是在STM32 的內部建立一個 OLED 的 GRAM（共 128 個位元組），在每次修改的時候，只是修改 STM32 上的 GRAM（實際上就是 SRAM），在修改完了之後，一次性把 STM32 上的 GRAM 寫入到 OLED 的 GRAM。當然這個方法也有壞處，就是對於那些 SRAM很小的微控制器（比如 51 系列）就比較麻煩了。
瞭解了大概原理，就開展幹吧。
2. 8080介面
2．1 8080協議簡述
8080 並行介面的發明者是 INTEL，6800發明者是摩托羅拉，兩者應用都很廣。
8080有如下介面：
CS：OLED 片選訊號。
WR：向OLED 寫入資料。
RD：從OLED 讀取資料。
D[7:0]： 8 位雙向資料線。
RST(RES)：硬復位OLED
DC：命令/資料標誌（0，讀寫命令；1，讀寫資料）。
其實現四種基本操作時，狀態表如下。
2．2 硬體介面
如圖所示為OLED的介面，在MCU端需11個GPIO口進行介面，D[7:0]最好是連續的8個埠，易於操作，但不是必需。
2．3 讀寫操作
對SSD1306的寫時序圖如下，需注意的是在WR上升沿時其他口狀態需穩定，在此時刻驅動晶片會讀資料線上資料。
寫過程：①寫D[7:0]口資料；②拉低片選，選中SSD1306；③置WR為低RD為高；④根據寫的資料或指令置DC為高或低；⑤拉高WR電平；⑥恢復片選為高，DC置為高。
在寫之前應把IO初始化為推輓輸出。
程式設計實現如下，省略IO初始化過程：
#define DATAOUT(DataValue){GPIO_Write(GPIOB,(GPIO_ReadOutputData(GPIOB)&0xff00)|(DataValue&0x00FF));}
void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
DATAOUT(dat); //①
OLED_RS=cmd; // ④
OLED_CS=0; //②
OLED_WR=0; //③
OLED_WR=1; //⑤
OLED_CS=1;
OLED_RS=1; //⑥
}
讀過程
對SSD1306的讀時序圖如下，需注意的是在WR上升沿時其他口狀態穩定時進行讀取，在此時刻驅動晶片資料準備完成。
讀過程：①拉低片選，選中SSD1306；②置WR為高RD為低；③根據讀的資料或狀態置DC為高或低；④讀取D[7:0]上資料；⑤拉高RD電平；⑥恢復片選為高，DC置為高。
在寫之前應把IO初始化為上位輸入。
在8080 方式下讀資料操作的時候，我們有時候（例如讀視訊記憶體的時候）需要一個假讀命
（Dummy Read），以使得微控制器的操作頻率和視訊記憶體的操作頻率相匹配。在讀取真正的資料之
前，由一個的假讀的過程。這裡的假讀，其實就是第一個讀到的位元組丟棄不要，從第二個開始，
才是我們真正要讀的資料。
3. SPI四線介面
四線串列埠模式使用的訊號線有如下幾條：
CS：OLED 片選訊號。
RST(RES)：硬復位OLED。
DC：命令/資料標誌（0，讀寫命令；1，讀寫資料）。
SCLK：序列時鐘線。在 4 線序列模式下，D0 訊號線作為序列時鐘線 SCLK。
SDIN：序列資料線。在 4 線序列模式下，D1 訊號線作為序列資料線 SDIN。
模組的D2 需要懸空，其他引腳可以接到 GND。在 4 線序列模式下，只能往模組寫資料而
不能讀資料。
在四線SPI 模式下，每個資料長度均為 8 位，在SCLK 的上升沿，資料從 SDIN 移入到
SSD1306，並且是高位在前的。 DC 線還是用作命令/資料的標誌線。
軟體實現：
void OLED_WR_Byte(u8 dat,u8 cmd)
{
u8i;
OLED_RS=cmd;
OLED_CS=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_SCLK=0;
if(dat&0x80)OLED_SDIN=1;
elseOLED_SDIN=0;
OLED_SCLK=1;
dat<<=1;
}
OLED_CS=1;
OLED_RS=1;
}
4. 軟體編寫
前面聊過我們需對應GRAM大小在MCU內部設定相應大小的內部空間。
u8 OLED_GRAM[128][8];
//OLED的視訊記憶體
//存放格式如下.
//[0]0 1 2 3 ... 127
//[1]0 1 2 3 ... 127
//[2]0 1 2 3 ... 127
//[3]0 1 2 3 ... 127
//[4]0 1 2 3 ... 127
//[5]0 1 2 3 ... 127
//[6]0 1 2 3 ... 127
//[7]0 1 2 3 ... 127
寫GRAM時，一次性更新GRAM，省略讀的時間，以空間換時間。而且SPI不支援讀操作，也增加可移植性。這需要一個重要函式，更新視訊記憶體到LCD。使用巢狀迴圈實現更新操作。
void OLED_Refresh_Gram(void)
{
u8i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_WR_Byte(0xb0+i,OLED_CMD); //設定頁地址（0~7）
OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD); //設定顯示位置—列低地址
OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD); //設定顯示位置—列高地址
for(n=0;n<128;n++)OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_DATA);
}
}
後面要畫點、畫線、寫字元、數字只用寫在內部的OLED_GRAM[128][8]中，然後整個重新整理就可以。在顯示字元時我們先要得到這個字符集的點陣資料，這裡我們介紹一個款很好的字元提取軟體：PCtoLCD2002 完美版。該軟體可以提供各種字元，包括漢字（字型和大小都可以自己設定）陣提取，且取模方式可以設定好幾種，常用的取模方式，該軟體都支援。該軟體還支援圖形模式，也就是使用者可以自己定義圖片的大小，然後畫圖，根據所畫的圖形再生成點陣資料，這功能在製作圖示或圖片的時候很有用。
關於OLED初始化，我們直接使用廠家推薦的設定就可以了，只要對細節部分進行一些
修改，使其滿足我們自己的要求即可，其他不需要變動。