基于單片機(jī)的OLED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(0.96英寸OLED顯示屏的應(yīng)用——轉(zhuǎn)載自中國(guó)OLED網(wǎng)）

OLED(Organic Light Emitting Display)顯示技術(shù)是比液晶顯示技術(shù)更為先進(jìn)的新一代平板顯示技術(shù)，其被業(yè)界公認(rèn)為是繼LCD、PDP之后*理想和*具發(fā)展前景的第三代顯示技術(shù)。 相比于液晶顯示技術(shù)，其具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發(fā)光、響應(yīng)快、抗震強(qiáng)、功耗低、適應(yīng)溫度范圍寬，可實(shí)現(xiàn)柔性顯示等優(yōu)越性能，有“夢(mèng)幻顯示器” 的美譽(yù)，可廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)、交通等領(lǐng)域。在顯示輸出方面，目前主要采用3種方式，即：圖形、數(shù)字或?qū)Ｓ梅?hào)，在嵌入式 領(lǐng)域，顯示常采用LED、數(shù)碼管及液晶顯示器。前兩種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但顯示內(nèi)容不夠豐富。LCD顯示器雖能顯示較為豐富的內(nèi)容，但其響應(yīng)慢(出現(xiàn)殘像)，且亮 度相對(duì)較低。OLED則響應(yīng)較快，其響應(yīng)速度可達(dá)液晶的1000倍以上，且OLED無(wú)需背光，亮度高，在功耗、視角等方面也均優(yōu)于LCD顯示器，鑒于 此，OLED顯示屏越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在日常生活當(dāng)中。

該文以宏晶公司的STC89C52單片機(jī)為控制核心，以0.96寸OLED模塊為顯示輸出設(shè)備，在Keil環(huán)境下編寫OLED顯示模塊驅(qū)動(dòng)程序，并下載Hex文件至單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)OLED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 基于單片機(jī)的OLED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——實(shí)現(xiàn)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(diǎn)。該模塊的驅(qū)動(dòng)芯片是SSD1306Z，它是一款專 門用 于驅(qū)動(dòng)OLED點(diǎn)陣屏的COMS芯片，其包含128個(gè)段和64個(gè)公共端。為了能夠通過(guò)外部控制器向其寫入用于顯示的數(shù)字信息，其對(duì)外提供了8個(gè)數(shù)據(jù)引腳和 5個(gè)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(shí)現(xiàn)SPI和IIC兩種總線接口模式，默認(rèn)為SPI模式。在SPI模式下，僅有數(shù)據(jù) 引腳的低2位和控制引腳的CS#，D/C#和RES#與單片機(jī)進(jìn)行接口。為了能讓OLED具有豐富的顯示效果和靈活簡(jiǎn)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(kù)，因此無(wú)論是顯示圖形還是顯示漢字，均需通過(guò)取模軟件進(jìn)行編碼，然后按SPI協(xié)議，將對(duì)應(yīng)的編碼按照所確定的地址 模式寫入對(duì)應(yīng)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(yè)，因此其占據(jù)2頁(yè)的高度，而寬度則占據(jù)8 列。圖1中的每一個(gè)方格代表一位，若要顯示則置1，反之置0。向GDDRAM當(dāng)中送數(shù)據(jù)時(shí)，先通過(guò)指令確定操作所需的地址模式及存儲(chǔ)器的地址，然后先寫 ‘A’的第2頁(yè)的編碼，再寫其第3頁(yè)的編碼，即可完成編碼的寫入操作。圖1所對(duì)應(yīng)的編碼為0x00，0x00，0xe0，0x 9c，0xf0，0x80，0x00，0x00，0x08，0x0f，0x08，0x00，0x00，0x0b，0xoe，0x08，編碼時(shí)高位在下，低 位在上。同理，可得對(duì)任意漢字的編碼。

圖1：OLED字符編碼

2 時(shí)序分析

操作時(shí)序?yàn)镮C芯片的可靠工作提供了正確的節(jié)拍，因此操作時(shí)序正確與否將直接影響芯片的工作狀態(tài)，文中OLED模塊默認(rèn)工作方式為4線SPI，其操 作時(shí) 序如圖2所示。圖2上部分為操作一位對(duì)應(yīng)的時(shí)序，下部分為操作一個(gè)字節(jié)所對(duì)應(yīng)的時(shí)序，由圖2可知當(dāng)發(fā)送一個(gè)字節(jié)時(shí)，先發(fā)該字節(jié)的*高位，*后發(fā)*低位。

圖2：4線SPI操作時(shí)序圖

圖2中，CS#為OLED片選信號(hào)線，低電平有效，在芯片有效后，可通過(guò)拉低或拉高D/C#來(lái)決定是進(jìn)行命令寫入操作還是進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入操作，在時(shí)鐘 SCLK拉高之前建立D/C#信號(hào)，其建立時(shí)間為tAS，SDIN在SCLK低電平有效，并在SCLK上升沿時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，數(shù)據(jù)保持時(shí)間為tDHW， 之后可發(fā)生數(shù)據(jù)交換，為下次數(shù)據(jù)讀取作準(zhǔn)備。圖2中具體的時(shí)

序特性如表1所示。

表1：4線SPI時(shí)序特性

表1給出了正確實(shí)現(xiàn)OLED操作的時(shí)序要求，由表1可知時(shí)間參數(shù)的*小值均小于1μs。文中控制器選用的是STC89C52，采用12 M晶振時(shí)機(jī)器周期為1μs，因此，只需讓STC89C52按上圖時(shí)序順序執(zhí)行程序，則其操作過(guò)程便可完全滿足4線SPI操作的時(shí)序要求。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

要使OLED正確顯示出所需的信息，除了在其運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行操作外，在起動(dòng)時(shí)還要滿足一定的上電順序，之后還要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的初始化。OLED的上電順序如圖3所示。

圖3：OLED上電時(shí)序圖

圖3中，在VDD得電并穩(wěn)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(shí)現(xiàn)芯片復(fù)位。在芯片完成復(fù)位后，VCC 上 電。在VCC穩(wěn)定之后，可發(fā)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(duì)應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)為：

同理可知，若將D/C#引腳電平拉高，則可得到發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

4 硬件接口

硬件基于自主開發(fā)的FG_V1.2開發(fā)板，核心控制芯片為宏晶公司LQFP-44封裝的貼片STC89C52單片機(jī)，OLED的時(shí)鐘引腳 SCLK(D0)與單片機(jī)的P16引腳進(jìn)行接口，數(shù)據(jù)引腳SDA(D1)與單片機(jī)的P17引腳進(jìn)行接口，控制腳RST#與單片機(jī)的P36引腳進(jìn)行接 口，D/C#引腳與單片機(jī)的P37引腳進(jìn)行接口，片選信號(hào)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(jī)接口電路