STM32外设系列—OLED

一、OLED简介
OLED是开发时常用的显示器件，这里介绍的是0.96寸的四针脚OLED，IIC控制。

二、数据手册分析
2.1 供电电压
供电电压介绍

供电电压在3V~5V，用3.3V即可。

2.2 引脚定义

2.3 原理图介绍
OLED原理图

I2C通信接口由从地址位DC、I2C总线数据信号SDA（输出SDAOUT/D2输出，SDAIN/D1输入）和I2C总线时钟信号SCL（D0）组成。数据信号和时钟信号都必须连接到上拉电阻器上。

从属地址位（SA0）必须在通过I2C总线传输或接收任何信息之前，先识别该从属地址。设备将响应从地址，后面是从地址位（“SA0”位）和读/写选择位（“R/W#”，具有以下字节格式的位）



“SA0”位为从属地址提供了一个扩展位。可以选择“0111100”或“0111101”作为OLED的从属地址。D/C# pin作为SA0进行从属地址的选择”。“收发#”位用于确定I2c总线接口的操作模式。R/W#=1，它处于读取模式。R/W#=0，它处于写模式。

2.4 数据手册程序
数据手册中会给出一些底层程序，可以通过这写程序快速的了解到如何使用。后面的程序设计中会详细介绍这部分，这里就不再做介绍了。

三、IIC通信
3.1 什么是IIC
IIC(Inter-Integrated Circuit)其实是IICBus简称，中文是集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。IIC支持一主多从，主机通过寻址的方式呼叫从机，然后进行数据传输。

I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有从设备的SDA和SLK都接到总线上。

3.2 IIC通信协议
IIC协议中有两种帧，一种是地址帧，用来寻找从设备。一种是数据帧，用来作主从机之间的数据交互。IIC协议还规定了起始信号，终止信号和应答信号。


空闲状态
I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
起始信号
SCL为高电平期间，SDA信号线由高电平向低电平的变化表示起始信号
终止信号
SCL为高电平期间，SDA由低电平向高电平的变化表示终止信号

起始信号和终止信号都是由主机发送的，起始信号产生之后，总线处于被占用的状态，在终止信号产生之后，总线就处于空闲状态。

当从机接收完一帧时，会发送一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答（ACK，简称应答位），表示接收器已经成功地接受了该字节应答位为高电平时，规定为非应答信号（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。

IIC通信协议有自己的数据格式，每一个字节必须保证是8bit长度。数据传送时，先传送最高位，每一个被传送的字节后面都必须跟随1bit的应答位（即每一帧数据一共有9bit）。

3.3 IIC主从通信过程
3.3.1 写入数据
主设备往从设备写入数据需要有下面的过程

主设备发送一个起始信号（START）
主设备在数据线上广播从设备地址
确定数据传输方向（R/W）
等待从设备应答信号（ACK）
主设备发送数据到从设备，从设备接收到后，会返回给主设备一个应答信号，直到主设备发送完数据，或者从设备返回一个NACK信号，表示从设备不再接收数据
数据发送完毕，主设备发送终止信号（STOP）

3.3.2 读取数据
主设备发送起始信号（START）
主设备在数据线上广播从设备地址
确定数据传输方向（R/W）
等待从设备应答信号（ACK）
从机向主机发送需要读取的数据
主设备每接收到一个字节数据，后面就会跟着向从设备发送一个应答信号
接收完最后一个数据后，主机会发送一个无效应答信号（NACK）
主设备发送终止信号，数据读取完毕

四、OLED程序设计
4.1 OLED初始化
OLED初始化包括两部分，一部分是初始化STM32的GPIO，另一部分是根据数据手册提供的程序初始化OLED。STM32F103ZET6提供了两个IIC接口

实际使用软件模拟IIC时，使用任意的GPIO即可，不必要使用上面规定的IIC引脚。这里只是使用了IIC1的引脚而已。

首先是数据手册提供的IIC相关函数

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/*

 *==============================================================================

 *函数名称：IIC_delay

 *函数功能：IIC延时

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：数据手册提供

 *==============================================================================

 */

void IIC_delay (void)

{

        u8 t = 1;

        while (t--);

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：I2C_Start

 *函数功能：IIC起始信号

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：数据手册提供

 *==============================================================================

 */

void I2C_Start (void)

{

        OLED_SDA_Set();

        OLED_SCL_Set();

        IIC_delay();

        OLED_SDA_Clr();

        IIC_delay();

        OLED_SCL_Clr();

        IIC_delay();

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：I2C_Stop

 *函数功能：IIC终止信号

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：数据手册提供

 *==============================================================================

 */

void I2C_Stop (void)

{

        OLED_SDA_Clr();

        OLED_SCL_Set();

        IIC_delay();

        OLED_SDA_Set();

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：I2C_WaitAck

 *函数功能：IIC等待应答

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：数据手册提供

 *==============================================================================

 */

void I2C_WaitAck (void)

{

        OLED_SDA_Set();

        IIC_delay();

        OLED_SCL_Set();

        IIC_delay();

        OLED_SCL_Clr();

        IIC_delay();

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Send_Byte

 *函数功能：写入一个字节

 *输入参数：dat：需要写入的数据

 *返回值：无

 *备  注：数据手册提供

 *==============================================================================

 */

void Send_Byte (u8 dat)

{

        u8 i;



        for (i = 0;i < 8;i ++)

        {

                // 发送数据时，从高位依次写入

                if (dat & 0x80)

                {

                        OLED_SDA_Set();

                }

                else

                {

                        OLED_SDA_Clr();

                }

                IIC_delay();

                OLED_SCL_Set();

                IIC_delay();

                OLED_SCL_Clr();

                

                // dat左移1位

                dat <<= 1;

        }

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：OLED_WR_Byte

 *函数功能：IIC发送一个字节数据

 *输入参数：dat：要发送的数据；mode：0是指令，1是数据

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */

void OLED_WR_Byte (u8 dat,u8 mode)

{

        I2C_Start();

        Send_Byte(0x78);   // 寻址

        I2C_WaitAck();

        

        // 发送数据

        if (mode)

        {

                Send_Byte(0x40);

        }

        // 发送指令

        else

        {

                Send_Byte(0x00);

        }

        I2C_WaitAck();

        Send_Byte(dat);

        I2C_WaitAck();

        I2C_Stop();

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Drv_Oled_Init

 *函数功能：初始化OLED

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */

void Drv_Oled_Init (void)

{

        // 结构体定义

         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

        

        // 开启时钟

        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

        

        // 初始化GPIO结构体

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;         

         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽式输出

        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

        // 全部拉高，IIC处于空闲状态

         GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);        

        

        // 根据数据手册提供的例程，初始化OLED

        delay_ms(200);   // 延时200ms 

        OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--display off

        OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---set low column address

        OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---set high column address

        OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address  

        OLED_WR_Byte(0xB0,OLED_CMD);//--set page address

        OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD); // contract control

        OLED_WR_Byte(0xFF,OLED_CMD);//--128   

        OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//set segment remap 

        OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--normal / reverse

        OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64)

        OLED_WR_Byte(0x3F,OLED_CMD);//--1/32 duty

        OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//Com scan direction

        OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//-set display offset

        OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD);//set osc division

        OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xD8,OLED_CMD);//set area color mode off

        OLED_WR_Byte(0x05,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//Set Pre-Charge Period

        OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//set com pin configuartion

        OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//set Vcomh

        OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//set charge pump enable

        OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//        

        OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//--turn on oled panel

}

下面是相关宏定义

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// SCL

#define OLED_SCL_Clr()   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)

#define OLED_SCL_Set()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)

// SDA

#define OLED_SDA_Clr()   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)

#define OLED_SDA_Set()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)



#define OLED_CMD   0   //写命令

#define OLED_DATA   1   //写数据

4.2 OLED控制函数编写
数据手册中提供了一些指令，在编写OLED控制函数时可以参考。

4.2.1 OLED显示开/关程序
根据数据手册描述，发送指令“1010 111x0”，其中x0为0时，显示关闭，x0为1时，显示开启。因此，显示开关程序如下

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/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Med_Oled_Display_On

 *函数功能：开启OLED显示

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */  

void Med_Oled_Display_On(void)

{

        OLED_WR_Byte(0X8D,OLED_CMD);   // 设置充电泵启用/禁用

        OLED_WR_Byte(0X14,OLED_CMD);   // 设置（0x10）禁用

        OLED_WR_Byte(0XAF,OLED_CMD);   // DISPLAY ON

}

/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Med_Oled_Display_Off

 *函数功能：关闭OLED显示

 *输入参数：无

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */  

void OLED_Display_Off(void)

{

        OLED_WR_Byte(0X8D,OLED_CMD);   // 设置充电泵启用/禁用

        OLED_WR_Byte(0X10,OLED_CMD);   // 设置高列地址

        OLED_WR_Byte(0XAE,OLED_CMD);   // DISPLAY OFF

}        

4.2.2 OLED显示一组汉字程序
想要显示汉字，需要先创建字库。汉字取模使用PCtoLCD2002完美版，取模时的配置已经标注

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// 汉字字模数据结构定义

struct Cn16CharTypeDef   // 汉字字模数据结构 

{

        unsigned char Index[2];   // 汉字内码索引,一个汉字占两个字节        

        unsigned char Msk[32];   // 点阵码数据(16*16/8) 

};



// 汉字取模要求

// 阴码，逆向，列行式，16X16

struct Cn16CharTypeDef const CnChar16x16[]=

{

"太",0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00,

0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x0C,0x13,0x60,0x03,0x0C,0x10,0x20,0x40,0x80,0x80,0x00,/*"太",0*/



"陈",0x00,0xFE,0x22,0x5A,0x86,0x08,0x88,0x68,0x18,0x0F,0xE8,0x08,0x08,0x08,0x08,0x00,

0x00,0xFF,0x04,0x08,0x07,0x20,0x11,0x0D,0x41,0x81,0x7F,0x01,0x05,0x09,0x30,0x00,/*"陈",1*/



"抱",0x10,0x10,0x10,0xFF,0x90,0x20,0x10,0xEC,0x27,0x24,0x24,0xE4,0x04,0xFC,0x00,0x00,

0x02,0x42,0x81,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x42,0x42,0x4A,0x53,0x48,0x47,0x70,0x00,/*"抱",2*/



"不",0x00,0x02,0x02,0x02,0x02,0x82,0x42,0xF2,0x0E,0x42,0x82,0x02,0x02,0x02,0x00,0x00,

0x10,0x08,0x04,0x02,0x01,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x0C,0x00,0x00,/*"不",3*/



"动",0x40,0x44,0xC4,0x44,0x44,0x44,0x40,0x10,0x10,0xFF,0x10,0x10,0x10,0xF0,0x00,0x00,

0x10,0x3C,0x13,0x10,0x14,0xB8,0x40,0x30,0x0E,0x01,0x40,0x80,0x40,0x3F,0x00,0x00,/*"动",4*/



};

汉字显示函数如下

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/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Med_Oled_ShowCHinese16x16

 *函数功能：显示一组16*16的汉字

 *输入参数：x：横坐标；y：纵坐标（0~3）；cn：要显示的汉字

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */ 

void Med_Oled_ShowCHinese16x16 (u8 x,u8 y,u8 *cn)

{                                  

        u8 i,num;

        

        while (*cn != '\0')

        {

                // 扫描字库

                // 这里的100，是字库所能容纳的汉字上限，可修改

                for (num = 0;num < 100;num ++)

                {

                        // 如果找到匹配的汉字

                        if ((CnChar16x16[num].Index[0]==*cn)

                                                 &&(CnChar16x16[num].Index[1]==*(cn+1)))

                        {

                                // 显示前16个点

                                Med_Oled_Set_Pos(x,y);        

                                for(i=0;i<16;i++)

                                {

                                        OLED_WR_Byte(CnChar16x16[num].Msk[i],OLED_DATA);

                                }

                                // 显示后16个点

                                Med_Oled_Set_Pos(x,y+1);        

                                for(i=16;i<32;i++)

                                {

                                        OLED_WR_Byte(CnChar16x16[num].Msk[i],OLED_DATA);

                                }

                        }

                }

                cn += 2;

                x += 16;   //若改字号，需要改

        }        

}

当需要显示汉字时，只需要写下面的程序，即可直接显示一组汉字

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Med_Oled_ShowCHinese16x16(1,2,"太陈抱不动");   // 显示一组汉字

4.2.3 OLED显示一串字符串
要显示字符串，也要有对应的字库，这里提供了8号和16号字库，就不再列出了。想要显示一串字符串，需要先编写显示字符函数

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/*

 *==============================================================================

 *函数名称：Med_Oled_ShowChar

 *函数功能：显示一个字符

 *输入参数：x：横坐标；y：纵坐标；chr：要显示的字符串；Char_Size：大小（8/16）

 *返回值：无

 *备  注：无

 *==============================================================================

 */ 

void Med_Oled_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 Char_Size)

{              

        u8 c=0,i=0;        

        c=chr-' ';//得到偏移后的值                        

        if(x > Max_Column-1){x=0;y=y+2;}

        if(Char_Size ==16)

        {

                Med_Oled_Set_Pos(x,y);        

                for(i=0;i<8;i++)

                OLED_WR_Byte(F8X16[c*16+i],OLED_DATA);

                Med_Oled_Set_Pos(x,y+1);

                for(i=0;i<8;i++)

                OLED_WR_Byte(F8X16[c*16+i+8],OLED_DATA);

        }

        else

        {        

                Med_Oled_Set_Pos(x,y);

                for(i=0;i<6;i++)

                OLED_WR_Byte(F6x8[c][i],OLED_DATA);

        }

}