在電子設備的顯示領域，OLED 顯示屏憑借其出色的顯示效果和低功耗等優(yōu)勢，得到了廣泛應用。本文將聚焦于兩種不同尺寸的 OLED 顯示屏 ——0.96 寸和 0.91 寸，它們均采用 4 引腳 I2C 接口，這種接口在數(shù)據(jù)傳輸和控制方面具有獨特的優(yōu)勢。

值得一提的是，經(jīng)過項目測試發(fā)現(xiàn)，本文所介紹的驅動方式和代碼也完全適用于 1.54 寸 SSD1309 主控的 1.54 寸 OLED 和 1.29 寸 CH1115 主控的 OLED 屏。如果需要更大的屏幕可以選用這兩款，但是他們的分辨率仍然是 126*64，只是顯示的字體和圖案可以更大。

基本參數(shù)對比

0.96 英寸 OLED 顯示屏工作電壓范圍為 3.3 - 5V，內(nèi)置 3.3V LDO，其 I2C 通信接口電平為 3.3V。像素點陣規(guī)模達到 128x64，意味著共有 8192 顆 LED 參與顯示，驅動 IC 采用 SSD1306。而 0.91 英寸 OLED 顯示屏同樣工作在 3.3 - 5V 電壓下，內(nèi)置 3.3V LDO，I2C 通信接口電平也是 3.3V，不過其像素點陣規(guī)模為 128x32，僅有 4096 顆 LED，驅動 IC 同樣為 SSD1306。由此可見，0.91 英寸的像素點規(guī)模只有 0.96 英寸的一半，除此之外其余參數(shù)基本相同。接下來將主要介紹 0.96 英寸顯示屏的使用方法。

接口定義與硬件設計

該 OLED 顯示屏的接口定義清晰明確。VCC 為模塊電源正，可接入 3.3 - 5V 電源；GND 是模塊電源地；SCL 為模塊 I2C 總線時鐘信號；SDA 則是模塊 I2C 總線數(shù)據(jù)信號。在硬件設計方面，模塊內(nèi)置了型號為 662K 的 3.3V LDO，因此支持 3.3 - 5V 供電。同時，模塊已經(jīng)板載了 SCL 和 SDA 線的上拉電阻，且上拉到了 3.3V。如果單片機是 5V 的，只要將 IO 配置為開漏輸出，就可以直接接入到模塊，不過需要注意的是，3.3V 能否被 5V 單片機識別為高電平，這需要查看單片機的數(shù)據(jù)手冊，一般情況下是沒有問題的。此外，當其他 I2C 從機掛接到同一個 I2C 總線時，無需再外接 I2C 總線的上拉電阻。模塊的 I2C 從機地址為：0111 10 [SA0] [RW]，其中 SA0 是硬件地址選擇位，當 SA0 接高電平時，地址中的 SA0 就是 1，當 SA0 接低電平時，地址中的 SA0 就是 0。模塊出廠的時候，一般 SA0 是接的低電平，用戶可以自己動手修改模塊后面的電阻來改變 SA0 為高電平，這也意味著，同一個 I2C 總線多支持掛接 2 個 OLED 模塊。

軟件設計要點

在 SSD1306 的 I2C 協(xié)議中，控制字節(jié)起著關鍵作用，其控制位的格式為：[Co][D/C#][000000]。在發(fā)送指令字節(jié)或者數(shù)據(jù)字節(jié)前，需要先發(fā)送一個控制字節(jié)，通過控制字節(jié)中的 D/C# 位，來告訴 SSD1306，接下來發(fā)送的一個字節(jié)是指令還是數(shù)據(jù)。這里我們先不考慮控制字節(jié)中 Co 位的作用，這樣就可以編寫出發(fā)送單個字節(jié)的指令和單個字節(jié)的數(shù)據(jù)的函數(shù)。發(fā)送單個字節(jié)指令的流程為：起始信號【從機地址，ACK】【控制字節(jié)，ACK】【單字節(jié)的指令，ACK】結束信號；發(fā)送單個字節(jié)顯存數(shù)據(jù)的流程為：起始信號【從機地址，ACK】【控制字節(jié)，ACK】【單字節(jié)的數(shù)據(jù)，ACK】結束信號。然而，每次發(fā)送一個指令或者數(shù)據(jù)字節(jié)，都要開啟完整的 I2C 通信時序流程，會造成大量的通信時間浪費，特別是在快速刷屏的時候。為了提高效率，當控制字節(jié)中 Co = 0，且 D/C# = 1 時，則接下來可以連續(xù)發(fā)送任意多個顯存數(shù)據(jù)字節(jié)，直到產(chǎn)生停止信號。通過在 0.91 英寸 OLED 屏幕上測試發(fā)現(xiàn)，使用 150KHz I2C 總線，刷完一幀屏幕，使用單個發(fā)送字節(jié)顯存數(shù)據(jù)函數(shù)需要大約 100ms，而使用性發(fā)送多個顯存數(shù)據(jù)的函數(shù)則只需要大約 33ms，速度提升非常明顯。

驅動芯片的指令集解讀

理解 SSD1306 數(shù)據(jù)手冊中的指令集對于正確驅動 OLED 顯示屏至關重要。以截取的 3 條指令為例，指令 A 用于設置頁地址，它由連續(xù)的 3 個字節(jié)組成，個字節(jié) 0x22 代表指令碼，用于標識指令功能本身，后面的兩個字節(jié) A [2:0] 和 B [2:0] 則是兩個指令參數(shù)，指令參數(shù)是指令運行時所需的參數(shù)數(shù)據(jù)。指令 B 比較特殊，它將指令碼和指令參數(shù)融合為了一個字節(jié)，高位部分固定為 [10110]，低位部分 [X2,X1,X0] 則用于編碼指令參數(shù)。指令 C 只有一個固定的指令碼，沒有指令參數(shù)，類似于 C 語言中的無參數(shù)函數(shù)。表格的列 D/C#，用于告訴我們，發(fā)送對應的字節(jié)時，需要將 D/C# 位設置為 0 還是 1。D/C# = 0 代表發(fā)送的是指令性相關的數(shù)據(jù)，這些字節(jié)數(shù)據(jù)被 SSD1306 接收并解析，主要用于改變屏幕的工作參數(shù)；D/C# = 1 代表發(fā)送的是顯示數(shù)據(jù)字節(jié)，這些字節(jié)將被寫入到 SSD1306 的顯存 GDDRAM 中作為顯示數(shù)據(jù)使用。

顯存與頁尋址模式

驅動芯片 SSD1306 帶有一個 128x64 bit 大小的 GDDRAM，用于存放顯示數(shù)據(jù)，也就是所謂的顯存。顯存中的數(shù)據(jù)與顯示內(nèi)容是息息相關的，具體來說，顯存中的每一個 bit 對應一顆像素點，如果顯存中的某個 bit 為 1，則它對應的那顆像素 LED 被點亮，否則是熄滅的。GDDRAM 支持 3 種內(nèi)存尋址模式，分別為頁尋址模式、水平尋址模式和垂直尋址模式，其中頁尋址模式為常用。當使用頁尋址模式時，GDDRAM 被劃分為 8 個頁：PAGE0 - PAGE7，每個頁由 128 個字節(jié)組成。通過單片機向 GDDRAM 中寫入數(shù)據(jù)時，需要指定 2 個地址：頁地址和列地址，這樣才能定位到 GDDRAM 中的一個的字節(jié)存儲單元。在頁尋址模式下，每次寫入一個字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)，列地址自動增 1。當列地址超過 127 時，會自動回歸到 0，但頁指針不會改變，除非使用指令重新設置指向其他的頁。設置頁地址和列地址需要通過查看 SSD1306 的指令表，其中列地址需要拆成 2 部分寫入，用條指令發(fā)送列地址值的低 4bit 部分，用第二條指令發(fā)送列地址值的高 4bit 部分。配置尋址模式為頁尋址模式時，先發(fā)送指令碼 0x20，來告訴屏幕要現(xiàn)在要設置內(nèi)存尋址模式，然后發(fā)送指令參數(shù)：0x00 水平地址模式，0x01 垂直模式，0x02 頁地址模式。芯片復位后默認就是頁尋址模式。

圖片與漢字的顯示

在 OLED 顯示屏上顯示圖片和漢字，需要借助 Pctolcd2002 這款取模軟件。以顯示圖片為例，首先要準備一張尺寸與 OLED 屏顯示需求同等比例的圖片，例如要在 0.96 英寸 OLED 上顯示一張 128 寬，64 高的圖片，則準備一張 378x189 的意法半導體 logo 圖片。用 Windows 自帶的畫圖軟件打開它，調(diào)整大小為想要的像素規(guī)模，然后保存為 BMP 格式。接著打開 Pctolcd2002 軟件，將菜單欄【模式】修改為圖形模式，通過【文件】【打開】選中上一步生成的 BMP 圖像。點擊工具欄的【齒輪】按鈕，在彈出的界面中按照特定要求進行配置，配置完成后點擊【確定】返回主界面。在主界面中，若生成的點陣預覽圖有細節(jié)瑕疵，可以使用鼠標進行修補，左鍵增加一個像素，右鍵取消一個像素。點擊主界面右下角的【生成子模】按鈕，即可輸出子模字節(jié)數(shù)據(jù)。將這個子模數(shù)據(jù)以一維字節(jié)數(shù)組的形式定義在 C 程序中，就可以使用了。由于【取模方式】用的是【列行式】，對于頁尋址模式非常方便。顯示漢字時，打開 Pctolcd2002 軟件，將菜單欄【模式】修改為字符模式，【選擇字體】，設置【字寬和字高】。在下方輸入需要取模的漢字，然后點擊【生成字?！?。實際使用過程中，為了達到比較好的顯示效果，漢字一般使用 16x16 寬和高。Pctolcd2002 軟件把每一個漢字當做一個基本的圖像來進行取模，且按照輸入的文字依次進行取模。在顯示漢字的時候，要先按順序顯示每個字的上半部分，然后換到下一個 page，再按順序顯示每個字的下半部分。

初始化序列

不同尺寸的 OLED 顯示屏在初始化序列上略有差異。對于 0.96 寸 IIC 接口 OLED，初始化時首先要初始化驅動 I2C 總線的引腳，延時 200ms 等待 OLED 穩(wěn)定。然后依次發(fā)送一系列指令，如關閉顯示、設置列地址、頁地址、對比度控制、掃描方向等參數(shù)，開啟電荷泵并打開 OLED 面板，同時清除屏幕顯示。而 0.91 寸 IIC 接口 OLED 的初始化過程類似，但部分指令參數(shù)有所不同，同樣需要初始化 I2C 總線引腳，延時等待穩(wěn)定后，發(fā)送相應的指令來配置屏幕的工作參數(shù)，打開顯示并清除屏幕。

通過以上對 OLED 顯示屏 I2C 接口的詳細介紹，我們可以全面了解其從硬件設計到軟件編程，再到圖片和漢字顯示的整個過程，為在實際項目中應用 OLED 顯示屏提供了堅實的理論基礎和實踐指導。