基于SPI通信方式的OLED显示

2020-12-26 13:57:52 阅读：382 来源： 互联网

本文目的是通过SPI的通信方式进行OLED的显示，同时与之前学的I2C通信方式进行对比，在实践中学习SPI通信。

（一）SPI简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是由 Motorola 公司提出的一种高速的，全双工，同步的通信总线，被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间要求通讯速率较高的场合。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件连接，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOST和低电平有效的从机选择线C/S(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

1.SPI时序

上图中的时序只是 SPI 其中一种通讯模式，SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。为方便说明，在此引入“时钟极性 CPOL”和“时钟相位 CPHA”的概念。
时钟极性 CPOL 是指 SPI 通讯设备处于空闲状态时，SCK 信号线的电平信号(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。
时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时，MOSI 或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK 时钟线的“奇数边沿”被采样。当 CPHA=1 时，数据线在 SCK 的“偶数边沿”采样。

2.SPI工作模式

根据 CPOL 及 CPHA 的不同状态，SPI 分成了四种模式，见下图，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式 0”与“模式 3”。

3.SPI 优缺点

SPI 优点

支持全双工通信
通信简单
数据传输速率块

SPI 缺点

没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，所以跟IIC总线协议比较在数据
可靠性上有一定的缺陷。

（二）OLED简介

这里以7针SPI通信方式的OLED为例进行说明

1.OLED原理

OLED（OrganicLight-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导体（OrganicElectroluminesence Display，OLED）。OLED属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。

下面是7针SPI通信OLED和4针I2C通信OLED的图片。

7针OLED

4针OLED

2.点阵编码原理与显示

汉字点阵编码
在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有点，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字，常用的点阵矩阵有 1212, 1414, 16*16 三种字库。
字库根据字节所表示点的不同有分为横向矩阵和纵向矩阵，目前多数的字库都是横向矩阵的存储方式(用得最多的应该是早期 UCDOS 字库)，纵向矩阵一般是因为有某些液晶是采用纵向扫描显示法，为了提高显示速度，于是便把字库矩阵做成纵向，省得在显示时还要做矩阵转换。
OLED点阵显示
点阵屏像素按128列X64行组织，每一行128个像素单元的阴极是连接在一起，作为公共极（COM），每一列64个像素单元的阳极也连接在一起，作为一段（SEG）。行列交叉点上的LED就是一个显示单元，即一个像素。要点亮一个像素，只要在该像素所在列电极上加上正电压、行电极接地。同样，要驱动一整行图像，就需要同时把128列信号加载到列电极上，把该行行电极接地。该行显示时，其他63行均不能显示，其行电极应为高电平或悬空。
可见，整屏的显示，只能分时扫描进行，一行一行的显示，每次显示一行。行驱依次产生低电平扫描各行，列驱动读取显示数据依次加载到列电极上。扫描一行的时间称为行周期，完成一次全屏扫描，就叫做一帧。一般帧频大于60，人眼观察不到逐行显示。每行扫描显示用时叫占空比，占空比小，为达到相同的显示亮度，驱动电流就大。SSD1306段驱动最大电流为100uA，当整行128个像素全部点亮时，行电极就要流过12.8mA的电流。

（三）OLED显示实验

1.实验目的

显示自己的学号和姓名；
显示AHT20的温度和湿度；
上下或左右的滑动显示(使用硬件刷屏模式)

2.实验主要程序

main.c

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "gui.h"
#include "test.h"
#include "temhum.h"

int main(void)
{			  
	u8 i;
	delay_init();	    	       //延时函数初始化	  
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    AHT20_Init();    
	OLED_Init();			         //初始化OLED  
	OLED_Clear(0);             //清屏（全黑）
    
    GUI_ShowCHinese(0,20,32,"通信二班",1);
    
    OLED_Display_scroll();  
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
    delay_ms(1000);
	
	while(1) 
	{	 
		TEST_Chinese();          //学号、姓名显示
		OLED_Clear(0); 

        for(i=0;i<5;i++)
        {
            TEST_Menu2();            //AHT20温湿度显示
            delay_ms(500);
        }
        
        OLED_Clear(0); 
    }
}

OLED主要函数

//OLED控制用函数
void OLED_WR_Byte(unsigned dat,unsigned cmd);     							   		    
void OLED_Display_On(void);
void OLED_Display_Off(void);
void OLED_Set_Pos(unsigned char x, unsigned char y);
void OLED_Reset(void);
void OLED_Init_GPIO(void);	   							   		    
void OLED_Init(void);
void OLED_Set_Pixel(unsigned char x, unsigned char y,unsigned char color);
void OLED_Display(void);
void OLED_Clear(unsigned dat); 

//OLED滚动显示
void OLED_Display_scroll(void);

3.实验说明

硬件连线
使用硬件SPI通信

这里使用的是SPI2硬件通信，固定SPI的时钟引脚为PB13，读数据引脚为PB14，写数据引脚为PB15。
显示姓名学号

void TEST_Chinese(void)
{	
    OLED_Clear(0);	
	GUI_ShowString(50,50,"***",8,1);	//此处显示学号
    GUI_ShowCHinese(10,10,32,"***",1);	//此处显示姓名	
    delay_ms(1000);
	OLED_Clear(0);
}

这里使用的是已经编写好的GUI_ShowString()函数和GUI_ShowCHinses()函数显示学号和姓名。

需要注意的是，如果字库oledfont.h里没有相应的中文点阵编码，那么OLED将不会显示该中文。

显示温湿度
将之前博客的温湿度显示程序移植到该工程中，并将串口发送改为OLED显示即可。

void TEST_Menu2(void)
{
	u32 CT_data[2];
    volatile int  c1=0,t1=0;    
	srand(123456);
	delay_ms(40);
	AHT20_Read_CTdata(CT_data);       //不经过CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据    推荐每隔大于1S读一次
	c1 = CT_data[0]*100*10/1024/1024;    //湿度
    t1 = CT_data[1]*200*10/1024/1024-500; //温度
	
	GUI_DrawLine(0, 10, WIDTH-1, 10,1);
	GUI_DrawLine(WIDTH/2-1,11,WIDTH/2-1,HEIGHT-1,1);
	GUI_DrawLine(WIDTH/2-1,10+(HEIGHT-10)/2-1,WIDTH-1,10+(HEIGHT-10)/2-1,1);
	
	GUI_ShowString(0,1,"2020-12-23",8,1);
	GUI_ShowString(74,1,"Wednesday",8,1);
	GUI_ShowString(14,HEIGHT-1-10,"Cloudy",8,1);
	GUI_ShowString(WIDTH/2+1,13,"TEMP",8,1);	//显示温度
	GUI_DrawCircle(WIDTH-20, 25, 1,2);
	GUI_ShowString(WIDTH-15,20,"C",16,1);
	GUI_ShowNum(WIDTH/2+8,20,t1/10,2,16,1);
	GUI_ShowString(WIDTH-41,26,".",8,1);
	GUI_ShowNum(WIDTH-35,20,t1%10,1,16,1);
	
	GUI_ShowString(WIDTH/2+1,39,"HUM",8,1);		//显示湿度
	GUI_ShowNum(WIDTH/2+8,46,c1/10,2,16,1);
	GUI_ShowString(WIDTH-41,52,".",8,1);
	GUI_ShowNum(WIDTH-35,46,c1%10,1,16,1);
	GUI_ShowString(WIDTH-21,46,"%",16,1);
	GUI_DrawBMP(6,16,51,32, BMP5, 1);
	delay_ms(1000);
}

滑动显示字符
采用SSD1306芯片控制OLED显示屏硬件滑动，这样的滑动效果显得很顺畅。

void OLED_Display_scroll(void)
{
    OLED_WR_Byte(0x2e,OLED_CMD);//关滚动
    OLED_WR_Byte(0x2a,OLED_CMD);//29向右，2a向左(垂直水平滚动)
    OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//A:空字节
    OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//B:水平起始页
    OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//C:水平滚动速度
    OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD);//D:水平结束页
    OLED_WR_Byte(0x01,OLED_CMD);//E:每次垂直滚动位移
	OLED_WR_Byte(0x2f,OLED_CMD);//开滚动
}

字库取模
由于OLED显示中使用了中文字符，因此需要将中文进行取模得到中文的点阵编码并存到oledfont.h中，方便程序调用并显示到OLED上去。
下面演示如何使用汉字取模软件进行汉字取模：

配置好选项后，输入需要取模的汉字，点击生成字模即可得到中文汉字的字模。

4.实验结果

SPI通信OLED显示效果
这里的OLED是六针的原因是因为CS硬件上直接接地，没有使用（只有一个SPI从机时CS可以不使用）
I2C通信OLED显示效果

（四）总结

通过使用SPI通信方式进行OLED的显示，接触到了许多新鲜的事物，比如说中文字库点阵、OLED屏幕滑动显示等，同时与I2C通信方式进行OLED显示进行了对比，发现SPI的速度确实要比I2C的传输速度更快，更适合用作高速传输通信。由于我也是初学SPI，如有错误希望大家批评指正。

参考文章：
1.SPI通信协议（SPI总线）学习
2.什么是SPI通信？
3.OLED–百度百科
4.OLED显示模块驱动原理及应用
5.《零死角玩转STM32—F103指南者.pdf》第25章

标签：显示,WIDTH,void,通信,SPI,OLED,GUI
来源： https://blog.csdn.net/qq_45237293/article/details/111712565

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