基于單片機的OLED顯示系統設計與實現

(0.96英寸OLED顯示屏的應用——轉載自中國OLED網）

OLED(Organic Light Emitting Display)顯示技術是比液晶顯示技術更為先進的新一代平板顯示技術，其被業界公認為是繼LCD、PDP之后*理想和*具發展前景的第三代顯示技術。 相比于液晶顯示技術，其具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發光、響應快、抗震強、功耗低、適應溫度范圍寬，可實現柔性顯示等優越性能，有“夢幻顯示器” 的美譽，可廣泛應用于通信、計算機、消費電子、工業應用、商業、交通等領域。在顯示輸出方面，目前主要采用3種方式，即：圖形、數字或專用符號，在嵌入式 領域，顯示常采用LED、數碼管及液晶顯示器。前兩種實現簡單，但顯示內容不夠豐富。LCD顯示器雖能顯示較為豐富的內容，但其響應慢(出現殘像)，且亮 度相對較低。OLED則響應較快，其響應速度可達液晶的1000倍以上，且OLED無需背光，亮度高，在功耗、視角等方面也均優于LCD顯示器，鑒于 此，OLED顯示屏越來越廣泛地應用在日常生活當中。

該文以宏晶公司的STC89C52單片機為控制核心，以0.96寸OLED模塊為顯示輸出設備，在Keil環境下編寫OLED顯示模塊驅動程序，并下載Hex文件至單片機，從而實現OLED顯示系統設計。

1 基于單片機的OLED顯示系統設計與實現——實現原理

文中所采用的OLED模塊具有和12864LCD相同的分辨率，但其在單位面積上具有更多的像素點。該模塊的驅動芯片是SSD1306Z，它是一款專 門用 于驅動OLED點陣屏的COMS芯片，其包含128個段和64個公共端。為了能夠通過外部控制器向其寫入用于顯示的數字信息，其對外提供了8個數據引腳和 5個控制腳，并向用戶提供了4種總線接口。文中所采用的OLED模塊可實現SPI和IIC兩種總線接口模式，默認為SPI模式。在SPI模式下，僅有數據 引腳的低2位和控制引腳的CS#，D/C#和RES#與單片機進行接口。為了能讓OLED具有豐富的顯示效果和靈活簡便的操作方式，SSD1306Z向用 戶提供了豐富的操作指令集，另外還向用戶提供了128x64位的GDDRAM(Graphic Display Data RAM)。由于所采用的OLED不帶字庫，因此無論是顯示圖形還是顯示漢字，均需通過取模軟件進行編碼，然后按SPI協議，將對應的編碼按照所確定的地址 模式寫入對應的CDDRAM中。編碼原理如圖1所示。圖1給出了16*8編碼格式的字符‘A’，由于8行為一頁，因此其占據2頁的高度，而寬度則占據8 列。圖1中的每一個方格代表一位，若要顯示則置1，反之置0。向GDDRAM當中送數據時，先通過指令確定操作所需的地址模式及存儲器的地址，然后先寫 ‘A’的第2頁的編碼，再寫其第3頁的編碼，即可完成編碼的寫入操作。圖1所對應的編碼為0x00，0x00，0xe0，0x 9c，0xf0，0x80，0x00，0x00，0x08，0x0f，0x08，0x00，0x00，0x0b，0xoe，0x08，編碼時高位在下，低 位在上。同理，可得對任意漢字的編碼。

圖1：OLED字符編碼

2 時序分析

操作時序為IC芯片的可靠工作提供了正確的節拍，因此操作時序正確與否將直接影響芯片的工作狀態，文中OLED模塊默認工作方式為4線SPI，其操 作時 序如圖2所示。圖2上部分為操作一位對應的時序，下部分為操作一個字節所對應的時序，由圖2可知當發送一個字節時，先發該字節的*高位，*后發*低位。

圖2：4線SPI操作時序圖

圖2中，CS#為OLED片選信號線，低電平有效，在芯片有效后，可通過拉低或拉高D/C#來決定是進行命令寫入操作還是進行數據寫入操作，在時鐘 SCLK拉高之前建立D/C#信號，其建立時間為tAS，SDIN在SCLK低電平有效，并在SCLK上升沿時進行數據的讀取，數據保持時間為tDHW， 之后可發生數據交換，為下次數據讀取作準備。圖2中具體的時

序特性如表1所示。

表1：4線SPI時序特性

表1給出了正確實現OLED操作的時序要求，由表1可知時間參數的*小值均小于1μs。文中控制器選用的是STC89C52，采用12 M晶振時機器周期為1μs，因此，只需讓STC89C52按上圖時序順序執行程序，則其操作過程便可完全滿足4線SPI操作的時序要求。

3 軟件實現

要使OLED正確顯示出所需的信息，除了在其運行過程中嚴格按時序進行操作外，在起動時還要滿足一定的上電順序，之后還要對其進行相應的初始化。OLED的上電順序如圖3所示。

圖3：OLED上電時序圖

圖3中，在VDD得電并穩定后，RES#引腳被拉低并維持低電平至少3μs(t1)，然后再接其拉高，從而實現芯片復位。在芯片完成復位后，VCC 上 電。在VCC穩定之后，可發送0xAF命令開顯示，而OLED的段和公共端(SEG/COM)則需再延遲100 ms，方可得電。按此可得對應的軟件實現為：

同理可知，若將D/C#引腳電平拉高，則可得到發送一個字節數據的函數實現。

4 硬件接口

硬件基于自主開發的FG_V1.2開發板，核心控制芯片為宏晶公司LQFP-44封裝的貼片STC89C52單片機，OLED的時鐘引腳 SCLK(D0)與單片機的P16引腳進行接口，數據引腳SDA(D1)與單片機的P17引腳進行接口，控制腳RST#與單片機的P36引腳進行接 口，D/C#引腳與單片機的P37引腳進行接口，片選信號CS#已接至地。具體的硬件接口電路如圖4所示。

圖4：OLED與單片機接口電路