STM32F405RG开发板控制OLED显示屏

Posted 2021-07-24 JIACHUN123

1.1 实验目的

如何使用OLED模块。
如何在STM32CubeMX中配置IIC。

1.2 实验设备

STM32F4控制板，OLED模块

1.3 相关知识点

用于实验的设备原理图如下：
OLED:OLED是有机发光二极管的简称，OLED 由于同时具有自发光、不需要背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、构造及制作过程较简单等优点，得到了广泛应用。本节课我们使用的OLED 模块为0.96寸的，分辨率为12864，使用IIC接口方式，只需要两根线就可以控制OLED。通俗的来说，分辨率12864可以看成整个屏幕由12864个LED组成，整个屏幕通过每个LED的亮灭组合形成指定的图案。
IIC: IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，判断为受控单元出现故障。IIC 总线时序图如下图所示。

IIC使用时又分为硬件IIC和软件IIC，硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的；软件I2C一般是用GPIO管脚，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形。硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。软件I2C 是通过GPIO，软件模拟寄存器的工作方式，而硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。
SSD1306:SSD1306是OLED模块上采用的驱动IC芯片。SSD1306 的每页包含了128个字节，总共8页，这样刚好是12864的点阵大小。SSD1306的命令很多，下面简单介绍几个命令。（更多指令可以查看SSD1306的指令表）
0XAE/0XAF命令，0XAE 为关闭显示命令；0XAF 为开启显示命令。
0X8D命令，该指令包含 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。 0X81，用于设置对比度的，这个命令包含了两个字节，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。 当我们向其中写入这些命令时，就可以控制OLED的状态。ASCII码：在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示，例如，像a、b、c、d这样的52个字母（包括大写）以及0、1等数字还有一些常用的符号，例如*、#、@等在计算机中存储时也要使用二进制数来表示，而具体用哪些二进制数字表示哪个符号，每个人都可以约定自己的一套（编码），而大家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则，于是美国有关的标准化组织就出台了ASCII编码，统一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。标准ASCII码也叫基础ASCII码，大致可以分作两部分組成。第一部分是：ASCII非打印控制字符，0～31及127(共33个)是控制字符或通信专用字符。 第二部分是：ASCII打印字符；32–126 为可显示字符，总共有 95 个，从空格符开始，
分别为!"#$%&’()+,-0123456789:;<= >?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~
因为我们要将字符在屏幕上显示出来，所以0-31由于无法打印，我们只能选择打印32-126的打印字符来显示。32代表的是空格键，这也是为什么我们在下方显示字符的程序中第一句就是c=chr-’ '。
有了字符，我们还需要这些字符集的点阵数据，这需要一些取模工具来完成。字符文件里采用的取模方式是阴码、列行式、逆向、C51格式。从第一列开始向下每取 8 个点作为一个字节。取模顺序是从低到高，即第一个点作为最低位。从上往下，从左往右，然后再从上往下从左往右。然后把 ASCII 字符集按 816大小、8*6大小取模出来，保存在 oledfont.h 里面。取完模之后，我们就可以根据取模的方式来编写显示字符的代码了。

1.4 实验内容

将OLED 模块连接在PB6与PB7所在的端口上。打开STM32CubeMx，配置好SYS和RCC，然后将PB6配置为I2C1_SCL，PB7配置为I2C1_SDA，然后在左侧I2C1选项中使能I2C，配置如下。

完成这些后生成工程文件，在keil5中打开。并向工程中添加oled.c、oled.h、oledfont.h文件。这几个文件用来存放OLED相关的驱动函数以及字库等。
在oled.c文件的开头我们可以看见WriteCmd()函数WriteDat()函数，可以看到其中都调用了HAL_I2C_Mem_Write()函数，这就是在STM32CubeMx配置I2C的用处，不用通过自己研究时序图，也可以直接用I2C协议向IC芯片中写入数据。
由于代码较多，只讲几个比较重要的函数。
OLED_Init()
主要是一些初始化序列，我们按照厂家提供的资料来做就可以。因为 OLED 是无背光的，在初始化之后，显存都已经被清空了，所以在屏幕上是看不到任何内容的，跟没通电一个样，并不代表初始化失败，要写入数据模块才会显示的。
OLED_ShowChar()
该函数是字符显示函数，也是字符串显示函数的基础。
第一句c=chr-’ ’
已经在ASCII介绍部分中讲解过了，在oledfont.h文件我们可以发现字符数组是从空格字符开始的。if(x>128-1){x=0;y=y+2;}判断要显示的位置是否越界，如果越界，自动重新定义一个位置进行显示。if(Char_Size ==16)判断字符显示的大小，是按照 816还是86的大小来显示。如果是816大小，则首先调用OLED_SetPos(x,y)函数设置起点坐标，然后用for循环，将前八个字节开始从左往右将字节写入。因为取模方式采用的是列行式，所以再调用OLED_SetPos(x,y+1)函数重新开始将剩下八个字节从左往右依次写入。如果是86大小，则直接将六个字节从左往右写入即可。
回到main.c文件，首先引用oled.h头文件，然后在主函数main()中添加如下代码：


OLED_ShowCN()函数用来显示汉字，第一个参数是x坐标，第二个参数是y坐标，第三个参数是所要显示的汉字在oledfont.h文件中的F16x16[]数组中是第几个元素。

1.5实验结果

通过烧录器将程序下载进去以后，可以看到OLED屏幕上显示出你好世界四个字。

1.6总结

本节实验学习了如何控制OLED使之显示想要显示的字符汉字等，不仅如此，OLED屏幕还可以显示图片。实验中用到的I2C总线也是一个重点，相对于SPI总线，I2C只需要两根信号线就可以完成通讯，但在通信速度上要比SPI慢很多。两者都是比较常用的总线。