單片機的OLED顯示系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
為了提高圖形信息的顯示速度,并得到更多的顯示效果,文章基于FG_V1.2單片機開發(fā)板,依據(jù)OLED12864顯示屏的操作時序要求,用51單片機實現(xiàn)了基于0.96英寸OLED屏的顯示系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)實際測試表明,其具有比12864LCD模塊更快的刷新速度和更好的顯示效果。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/366568.htmOLED(Organic Light Emitting Display)顯示技術(shù)是比液晶顯示技術(shù)更為先進的新一代平板顯示技術(shù),其被業(yè)界公認為是繼LCD、PDP之后最理想和最具發(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、功耗低、適應(yīng)溫度范圍寬,可實現(xiàn)柔性顯示等優(yōu)越性能,有“夢幻顯示器” 的美譽,可廣泛應(yīng)用于通信、計算機、消費電子、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梅枺谇度胧筋I(lǐng)域,顯示常采用LED、數(shù)碼管及液晶顯示器。前兩種實現(xiàn)簡單,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),且亮度相對較低。OLED則響應(yīng)較快,其響應(yīng)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(yōu)于LCD顯示器,鑒于此,OLED顯示屏越來越廣泛地應(yīng)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,信意電子科技提供的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)動程序,并下載Hex文件至單片機,從而實現(xiàn)OLED顯示系統(tǒng)設(shè)計。
1 實現(xiàn)原理
文中所采用的OLD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(qū)動芯片是SSD1306Z,它是一款專門用于驅(qū)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(shù)字信息,其對外提供了8個數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(xié)議,將對應(yīng)的編碼按照所確定的地址模式寫入對應(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,因此其占據(jù)2頁的高度,而寬度則占據(jù)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(shù)據(jù)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(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(jié)拍,因此操作時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(yīng)的時序,下部分為操作一個字節(jié)所對應(yīng)的時序,由圖2可知當發(fā)送一個字節(jié)時,先發(fā)該字節(jié)的最高位,最后發(fā)最低位。
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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的讀取,數(shù)據(jù)保持時間為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(xiàn)OLED操作的時序要求,由表1可知時間參數(shù)的最小值均小于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(zhí)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(xiàn)
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(yīng)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(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。按此可得對應(yīng)的軟件實現(xiàn)為:
同理可知,若將D/C#引腳電平拉高,則可得到發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)實現(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,OLED的時鐘引腳SCLK(D0)與單片機的P16引腳進行接口,數(shù)據(jù)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
5 實現(xiàn)效果
SSD1306Z驅(qū)動芯片為OLED提供了豐富的指令集,可以使OLED在實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的同時,還能具有多種顯示效果(如反白、漸變、閃爍等)和動態(tài)效果(如左移、右移、斜角斜屏、動態(tài)區(qū)域設(shè)置等)。具體顯示效果如圖5所示。
圖5:OLED實物顯示效果
圖5為OLED模塊在STC89C52單片機控制下的幾種顯示效果。(a)為靜態(tài)顯示效果,(b)為反白顯示效果,反白后通過相機可見屏幕當中有動態(tài)黑色條紋,這是因為反白顯示時出現(xiàn)了串擾(Crosstalk)現(xiàn)象,而這種現(xiàn)象被相機捕獲到了,人眼觀察是不存在動態(tài)黑色條紋的。(c)為區(qū)域動態(tài)效果,屏幕漢字部分設(shè)置為靜態(tài),而網(wǎng)址部分設(shè)置為連續(xù)右移的動態(tài)效果。由此可見,OLED相對比LCD顯示,其具有更豐富的顯示效果。
6 結(jié)論
文中通過STC89C52單片機對OLED顯示模塊進行了驅(qū)動,實驗表明,其不僅硬件接口簡單,而且在軟件實現(xiàn)上極具靈活性,模塊驅(qū)動芯片SSD1306Z包含豐富指令集,不僅簡化了軟件實現(xiàn),而且豐富了顯示效果。相比于同分辨率的12864LCD模塊,OLED顯示模塊小巧精致,刷新速度快,顯示效果豐富,成本相對也較低,是12864LCD模塊的理想替代產(chǎn)品。隨著OLED技術(shù)的發(fā)展,相信顯示技術(shù)必將發(fā)展到一個新的階段。
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