單片機(jī)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(jī)開發(fā)板，依據(jù)OLED12864顯示屏的操作時序要求，用51單片機(jī)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。

　　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(qiáng)、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(jī)、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?，?a target="_blank">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(dá)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(dāng)中。

　　該文以宏晶公司的STC89C52單片機(jī)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(jī)，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(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(jìn)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(dāng)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(rèn)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(dāng)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(jìn)行命令寫入操作還是進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)備。圖2中具體的時序特性如表1所示。