LV16-25-OLED-01-OLED基础知识

发表于 2023-06-04 分类于嵌入式开发， 01HQ课程体系， LV16-STM32开发本文字数： 5.4k 阅读时长 ≈ 20 分钟

本文主要是STM32开发——OLED屏幕显示基础知识的一些相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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Windows	windows11
Ubuntu	Ubuntu16.04的64位版本
VMware® Workstation 16 Pro	16.2.3 build-19376536
SecureCRT	Version 8.7.2 (x64 build 2214) - 正式版-2020年5月14日
开发板	正点原子 i.MX6ULL Linux阿尔法开发板
uboot	NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03)
linux内核	linux-4.15(NXP官方提供)
STM32开发板	正点原子战舰V3(STM32F103ZET6)

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通用

分类	网址	说明
官方网站	https://www.arm.com/	ARM官方网站，在这里我们可以找到Cotex-Mx以及ARMVx的一些文档
	https://www.st.com/content/st_com/zh.html	ST官方网站，在这里我们可以找到STM32的相关文档
	https://www.stmcu.com.cn/	意法半导体ST中文官方网站，在这里我们可以找到STM32的相关中文参考文档
	http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html	FatFs文件系统官网
教程书籍	《ARM Cortex-M3权威指南》	ARM公司专家Joseph Yiu（姚文祥）的力作，中文翻译是NXP的宋岩
	《ARM Cortex-M0权威指南》
	《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》
开发论坛	http://47.111.11.73/forum.php	开源电子网，正点原子的资料下载及问题讨论论坛
	https://www.firebbs.cn/forum.php	国内Kinetis开发板-野火/秉火（刘火良）主持的论坛，现也做STM32和i.MX RT
	https://www.amobbs.com/index.php	阿莫（莫进明）主持的论坛，号称国内最早最火的电子论坛，以交流Atmel AVR系列单片机起家，现已拓展到嵌入式全平台，其STM32系列帖子有70W+。
	http://download.100ask.net/index.html	韦东山嵌入式资料中心，有些STM32和linux的相关资料也可以来这里找。
博客参考	http://www.openedv.com/	开源网-原子哥个人博客
	http://blog.chinaaet.com/jihceng0622	博主是原Freescale现NXP的现场应用工程师
	cortex-m-resources	这其实并不算是一个博客，这是ARM公司专家Joseph Yiu收集整理的所有对开发者有用的官方Cortex-M资料链接（也包含极少数外部资源链接）

STM32

STM32	STM32 HAL库开发实战指南——基于F103系列开发板	野火STM32开发教程在线文档
STM32	STM32库开发实战指南——基于野火霸道开发板	野火STM32开发教程在线文档

SD卡

SD Association

提供了SD存储卡和SDIO卡系统规范

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STM32F103xx英文数据手册	STM32F103xC/D/E系列的英文数据手册
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本节笔记放在这里，主要是为了学习8080时序，为后边FSMC产生8080时序做铺垫，这一部分的笔记是用GPIO模拟8080时序，这样对8080时序的认识会更深刻一些。这一节会涉及一些像素啊，显存啊什么的基本概念，笔记写在LCD屏幕学的相关笔记中了。平时我用的还是I2C或者SPI接口的OLED。

一、OLED简介

1. 简介

OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display， OELD）。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够节省电能，从2003年开始这种显示设备在MP3播放器上得到了应用。

LCD都需要背光，而OLED不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED效果要来得好一些。以目前的技术，OLED的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。

2. 0.96寸OLED特点

我学习的是正点原子出的OLED模块ATK-MD0096（但是只是为了学习8080接口，平时我用的还是I2C或者SPI接口的OLED），它有以下特点：

（1）模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。单色模块每个像素点只有亮与不亮两种情况，没有颜色区分。

（2）尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小。

（3）高分辨率，该模块的分辨率为128*64。

（4）多种接口方式，该模块提供了总共4种接口包括：6800、8080两种并行接口方式、 4线的穿行SPI接口方式，、I2C接口方式（只需要2根线就可以控制OLED了）。

（5）不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。

【注意】该模块不和5.0V接口兼容，所以请大家在使用的时候一定要小心，不要直接接到5V的系统上去，否则可能烧坏模块。

3. SSD1036

我使用的OLED芯片是使用SSD1036这款芯片来驱动的，它是香港Solomon Systech公司（晶门科技）的一款显示屏驱动芯片，它的相关介绍我们可以在这里看到：SSD1306 - Solomon Systech (International) Limited (solomon-systech.com)，从这个网站是可以下载芯片手册的，但是好像要填一堆信息，可以看本地的：[SSD1306](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)

SSD1306是一款单芯片CMOS OLED/PLED驱动器和控制器，用于有机/聚合物发光二极管点阵图形显示系统。它由128个段和64个公共端组成（没看懂，反正他可以驱动128*64的OLED屏）。该集成电路是为普通阴极型OLED面板设计的。

SSD1306嵌入了对比度控制、显示RAM和振荡器，减少了外部元件的数量和功耗。它有256级亮度控制。数据/命令通过硬件可选的6800/8000系列兼容并行接口，I2C接口或串行外设接口从通用MCU发送。它适用于许多小型便携式应用，如手机子显示器、MP3播放器、计算器等。

4. 相关资料查阅

这两个资料都是本地文档，只有在本地的时候点击连接才会打开文档。

OLED屏幕的原理图：M00750_VGM128064C0W01_Y01.pdf

SSD1036芯片手册：[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)

二、SSD1306

接下来我们来看一下SSD1306这款控制器，芯片手册可以看[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)

1. 功能框图

功能框图我们可以看[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)的4 BLOCK DIAGRAM 一节：

关于引脚的详细定义，我们可以查看[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)的7 PIN DESCRIPTION 一节，引脚比较多，这里就不说了。

2. BS[2:0]

引脚中的BS0、BS1和BS2这里要关注一下，它们三个是芯片与MCU通信接口的选择引脚：

0就表示接到低电平VSS，1就表示接到高电平VDD。

3. 并行8080接口

3.1 相关引脚说明

我们主要是关注一下8080并行接口的读写时序，方便后边LCD的学习。我们先来看一下相关引脚的说明：

（1）E (RD#)：当选择8080接口模式时，该引脚接收读取(RD#)信号。当该引脚拉低并选择芯片时，开始读取操作。

（2）R/W#(WR#) ：这是连接到MCU接口的读写控制输入引脚。当选择8080接口模式时，该引脚将作为写入(WR#)输入。当该引脚被拉低并选择芯片时，开始数据写入操作。

（3）CS#：片选信号，低电平有效。

（4）D/C#：这是数据/命令控制引脚。当它被拉高(即连接到VDD)，数据在D[7:0]被视为数据。当它被拉低时，D[7:0]的数据将被转移到命令寄存器，也就是被当做命令处理。

3.2 读时序

（1）先根据要读取的数据的类型，设置D/C#为高（数据）/低（命令）；

（2）然后拉低片选，选中SSD1306；

（3）接着是要读数据，所以要将RD#拉低；

（4）读数据：在RD#的上升沿，使数据锁存到数据线（D[7：0]）上；

3.3 写时序

（1）先根据要写入的数据的类型，设置D/C#为高（数据）/低（命令）；

（2）然后拉低片选，选中SSD1306；

（3）接着是要写数据，所以要将WR#拉低；

（4）写数据：在WR#的上升沿，使数据写入到SSD1306里面；

3.4 同步频率

在 8080 方式下读数据操作的时候，我们有时候（例如读显存的时候）需要一个假读命（Dummy Read），以使得微控制器的操作频率和显存的操作频率相匹配。在读取真正的数据之前，由一个的假读的过程。这里的假读，其实就是第一个读到的字节丢弃不要，从第二个开始，才是我们真正要读的数据。

可以看到，在发送了列地址之后，开始读数据，第一个是 Dummy Read，也就是假读，我们从第二个开始，才算是真正有效的数据。

4. 显存

4.1 显存的划分格式

这一部分我们可以看[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)的8.7 Graphic Display Data RAM (GDDRAM) 一节。SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页。每页包含了128个字节（128*8bit ），总共8页，这样刚好是128*64的点阵大小。

屏幕行列	0~127 列
0~7 行	PAGE0
8~15 行	PAGE1
16~23 行	PAGE2
24~31 行	PAGE3
32~39 行	PAGE4
40~47 行	PAGE5
48~55 行	PAGE6
56~63 行	PAGE7

以 PAGE2 为例， PAGE2 中的显存数据与屏幕像素点的对应关系，如下图所示：

可以看出，显存中的 1 字节数据对应了屏幕上的 8 个像素，当往控制器 SSD1306 显存的某一页的某一列写入 1 数据，那么将会同时修改显存中这一页的这一列对应屏幕上的 8个像素。如果只想修改屏幕上某一个像素的状态，那么通常可以采用读、修改、写或外部微控制器内建显存的方式，但要注意的是，在 ATK-MD0096 使用 SPI 或 IIC 通讯接口模式时，是无法读取控制器 SSD1306 的数据的，因此，在此情况下建议使用外部微控制器内建显存的方式，如果是对于 RAM 资源不足的外部微控制器，则建议使用 8 位 6800 或 8 位 8080 通讯接口模式，以减少对 RAM 空间的占用。

STM32程序显示数据的原理？

在STM32的内部建立一个缓存（共128*8个字节），在每次修改的时候，只是修改STM32上的缓存（实际上就是SRAM），在修改完了之后，一次性把STM32上的缓存数据写入到OLED的GRAM。当然这个方法也有坏处，就是对于那些SRAM很小的单片机（比如51系列）就比较麻烦了。

4.2 与像素的对应关系

* 显存中的每一比特代表ATK-MD0096模块OLED上的一个像素
*           col0     col1   ...   col127
*       ┌----------------------------------┐
*  row0 | [0][0].0 [0][1].0 ... [0][127].0 |
*  row1 | [0][0].1 [0][1].1 ... [0][127].1 |
*  ...  |   ...      ...    ...     ...    |
*  row7 | [0][0].7 [0][1].7 ... [0][127].7 |
*  row8 | [1][0].0 [1][1].0 ... [1][127].0 |
*  row9 | [1][0].1 [1][1].1 ... [1][127].1 |
*  ...  |   ...      ...    ...     ...    |
* row15 | [1][0].7 [1][1].7 ... [1][127].7 |
*  ...  |              ......              |
* row56 | [7][0].0 [7][1].0 ... [7][127].0 |
* row57 | [7][0].1 [7][1].1 ... [7][127].1 |
*  ...  |   ...      ...    ...     ...    |
* row63 | [7][0].7 [7][1].7 ... [7][127].7 |
*       └----------------------------------┘

5. 命令

SS1306的命令我们可以查看[SSD1306_datasheet](./STM32开发相关资料/02显示屏参考资料/OLED参考资料/01-SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf)的9 COMMAND TABLE 和 10 COMMAND DESCRIPTIONS 。这里只介绍几个我们用得到的。

（1）命令0X81：设置对比度。包含两个字节，第一个0X81为命令，随后发送的一个字节为要设置的对比度的值。这个值设置得越大屏幕就越亮。

（2）命令0XAE/0XAF：0XAE为关闭显示命令；0XAF为开启显示命令。

（3）命令0X8D：包含2个字节，第一个为命令字，第二个为设置值，第二个字节的BIT2表示电荷泵的开关状态，该位为1，则开启电荷泵，为0则关闭。在模块初始化的时候，这个必须要开启，否则是看不到屏幕显示的。

（4）命令0XB0~B7：用于设置页地址，其低三位的值对应着GRAM的页地址。

（5）命令0X00~0X0F：用于设置显示时的起始列地址低四位。

（6）命令0X10~0X1F：用于设置显示时的起始列地址高四位。

三、OLED模块

这里还是以正点原子的这款OLED模块为例。

1. OLED模块接口方式

接口方式	4 线 SPI	IIC	8 位 6800	8 位 8080
BS1	0	1	0	1
BS2	0	0	1	1

ALIENTEK OLED 模块默认设置是： BS1 和 BS2 接 VCC ，即使用 8080 并口方式，如果想要设置为其他模式，则需要在 OLED 的背面，用烙铁修改 BS1 和 BS2 的设置。

2. 屏幕原理图

这个的话，我们还是看屏幕厂家给的原理图：M00750_VGM128064C0W01_Y01.pdf,这里只贴一下引脚的定义吧：

引脚描述的话我们可以查看M00750_VGM128064C0W01_Y01.pdf的5 Module Interface一节，这里就不详细说明了。

3. 与SSD1036接线？

在屏幕厂家给的原理图M00750_VGM128064C0W01_Y01.pdf的6 Function Block Diagram一节还给出了OLED屏幕与SSD1036控制器的接线图：