代码收藏家技术教程 2023-08-04

STM32F103ZET6驱动OLED显示屏详解

STM32F103ZET6 驱动 OLED

前言

大家好，这是我第一次发帖，由于，我的技术并不成熟，程序难免有编写不规范的地方，希望读者能够指正，也希望这篇帖子能够让读者对OLED模块有个大致的了解。很高兴能与大家交流。

OLED模块的基本了解

OLED模块的引脚：

图片转载自淘宝商家

我使用的OLED模块有以下几个引脚：

引脚名	功能	驱动电压	相连接MCU的端口
GND	接地		GND
VCC	电源电压	3.3v ~ 5v	3.3v
DO	时钟线	2.2v ~ 5v	SCLK（PA5）
D1	数据线	2.2v ~ 5v	MOSI（PA7）
RES	复位线	2.2v ~ 5v	PC5
DC	数据/命令控制线	2.2v ~ 5v	PC4
CS	片选线	2.2v ~ 5v	PA4

RES 为复位线，低电平复位

当GPIO向DC端口输出高电平时，MCU会通过GPIO向D1端口发送数据，使其显示在OLED屏上。当GPIO向DC端口输出低电平时，MCU会通过GPIO向D1端口发送命令，通过这些命令，可以配置OLED模块。

以上是对OLED模块引脚的简要了解，在编写驱动程序之前，我们还需要了解OLED模块的寻址方式。

OLED模块的寻址方式：

OLED有三种寻址模式:

水平寻址

垂直寻址

页寻址

最常用的寻址模式是页寻址模式，本驱动程序所使用的寻址方法也是页寻址。我会重点介绍页寻址和水平寻址，简要地介绍垂直寻址。

在介绍寻址模式之前，我们需要了解一些预备知识：

0.96寸的OLED显示屏有128列，64行，即128×64，64行被分为8组，每个128×8的区域被称为页，如下图：

可以看到COM0~COM7，也就是0 ~ 7行从属于Page0，也就是第0页，依此类推。

通过这种划分，可以把整个屏幕划为8份。

通过这样的划分，当我们往某页某一列中写入数据0x5A时，就能控制哪一列的哪个格子是亮或者灭的,如下图：

0x5A

亮	1
灭	0
亮	1
灭	0
灭	0
亮	1
灭	0
亮	1

（注：从顶行到底行，由地位到高位）

在OLED模块中，我们会通过指令来设置OLED模块，假设，我们通过WriteCmd(uint8_t command)函数向OLED模块发送指令。你会发现，有一条就会生效的指令，有多条配合使用才会生效的指令。

void OLED_Init(void) {
	
	// 使能相关的GPIO口 配置SPI外设
	OLED_SPI_Init();	
	
	OLED_SPI_RES_HIGH;
	// 延时200ms
	Delay_us(200);
	/**************************************** 以下是官方的代码******************************/
	WriteCmd(0xAE); //display off
	WriteCmd(0x20);	//Set Memory Addressing Mode	
	WriteCmd(0x10);	//00,Horizontal Addressing Mode;01,Vertical Addressing Mode;10,Page Addressing Mode (RESET);11,Invalid
	WriteCmd(0xb0);	//Set Page Start Address for Page Addressing Mode,0-7
	WriteCmd(0xc8);	//Set COM Output Scan Direction
	WriteCmd(0x00); //---set low column address
	WriteCmd(0x10); //---set high column address
	WriteCmd(0x40); //--set start line address
	WriteCmd(0x81); //--set contrast control register
	WriteCmd(0xff); //亮度调节 0x00~0xff
	WriteCmd(0xa1); //--set segment re-map 0 to 127
	WriteCmd(0xa6); //--set normal display
	WriteCmd(0xa8); //--set multiplex ratio(1 to 64)
	WriteCmd(0x3F); //
	WriteCmd(0xa4); //0xa4,Output follows RAM content;0xa5,Output ignores RAM content
	WriteCmd(0xd3); //-set display offset
	WriteCmd(0x00); //-not offset
	WriteCmd(0xd5); //--set display clock divide ratio/oscillator frequency
	WriteCmd(0xf0); //--set divide ratio
	WriteCmd(0xd9); //--set pre-charge period
	WriteCmd(0x22); //
	WriteCmd(0xda); //--set com pins hardware configuration
	WriteCmd(0x12);
	WriteCmd(0xdb); //--set vcomh
	WriteCmd(0x20); //0x20,0.77xVcc
	WriteCmd(0x8d); //--set DC-DC enable
	WriteCmd(0x14); //
	WriteCmd(0xaf); //--turn on oled panel
}

以上面官方提供的初始化代码片段为例子：

WriteCmd(0xAE); //display off 关闭显示

WriteCmd(0x81); //--set contrast control register
WriteCmd(0xff); //亮度调节 0x00~0xff
// 以上两条命令是设置对比度控制
// 通过0x81命令选择相应的寄存器，然后，设置范围0x00 ~ 0xff的亮度大小，控制OLED屏的亮度

如果想熟悉命令，请参考相应的官方手册。

下面简要介绍几条命令：

WriteCmd(0x00);  // 设置为水平寻址
WriteCmd(0x01);  // 设置为垂直寻址
WriteCmd(0x10);  // 设置为页寻址

WriteCmd(0x8D); // 设置电荷泵
WriteCmd(0x14); // 开启电荷泵
WriteCmd(0xAF); // OLED唤醒
WriteCmd(0xAE); // 关闭OLED

设置页地址：

0xby

7	6	5	4	3	2	1	0
1	0	1	1	Y3	Y2	Y1	Y0

这就是设置页地址命令的格式，[7:4]位是固定的，而[3:0]位可以通过写入0000b ~ 0111b，这个值域的二进制数来指定程序在屏幕显示时的起始地址。

设置列地址：

关于设置列地址，有两条指令0x1[x7:x4] 和 0x0[x3:x0]。

高四位的值为1的指令表示的是设置列地址的高四位，高四位的值为0的指令表示设置列地址的第四位。

然后，指令**0x1[x7:x4]的值左移四位，然后与0x0[x3:x0]**的值相加，组成一个8位二进制数，来决定选择的是0 ~127行中的第几行为初始地址

7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	1	x7	x6	x5	x4

7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	0	x3	x2	x1	x0

所以下面的一个函数，大家应该看得懂：

// 设置起始坐标
void SetPos(uint8_t x, uint8_t y) {
	
	// 设置页地址
	WriteCmd(0xb0 + y);
	// 取列高位
	WriteCmd((x & 0xf0)>>4 | 0x10);
	// 取列低位
	WriteCmd((x & 0x0f) | 0x01);
}

// 以上代码的意思是，将每个页地址的起始地址设置为0列

对以上的知识有个基本了解之后，下面将介绍几种寻址模式：

首先是页寻址

如上图所示，页寻址的办法是，横向对每行进行读和写，当到达每行的末尾的时候，会立即返回每行的开头。

如果到达该行的末尾时，我们不想返回该行的开头，那么我们就需要坐标的起始值。

水平寻址

如上图所示，当完成对一行的遍历后，页地址值会自增1，然后，会跳到下一页进行遍历，当对0 ~7 页都遍历之后，会返回0页0列。

OLED驱动程序的开发

本次实验使用了STM32F103ZET6最小系统板，面包板，以及一个电源模块和JLINK OB仿真器，如下图：

SPI模块的程序如下：

#ifndef _SPI_H
#define _SPI_H

#include "stm32f10x.h"

// DO SCLK 
#define OLED_SPI_DO_Pin			GPIO_Pin_5
#define OLED_SPI_DO_Port		GPIOA
#define OLED_SPI_DO_CLK			RCC_APB2Periph_GPIOA
#define OLED_SPI_DO_CLK_FUN		RCC_APB2PeriphClockCmd

// D1 MOSI 
#define OLED_SPI_MOSI_Pin		GPIO_Pin_7
#define OLED_SPI_MOSI_Port		GPIOA
#define OLED_SPI_MOSI_CLK		RCC_APB2Periph_GPIOA
#define OLED_SPI_MOSI_CLK_FUN	RCC_APB2PeriphClockCmd

// CS NSS
#define OLED_SPI_CS_Pin			GPIO_Pin_4
#define OLED_SPI_CS_Port		GPIOA
#define OLED_SPI_CS_CLK			RCC_APB2Periph_GPIOA
#define OLED_SPI_CS_CLK_FUN		RCC_APB2PeriphClockCmd

// DC Data or Cammand 数据或者命令选择
#define OLED_SPI_DC_Pin			GPIO_Pin_4
#define OLED_SPI_DC_Port		GPIOC
#define OLED_SPI_DC_CLK			RCC_APB2Periph_GPIOC
#define OLED_SPI_DC_CLK_FUN		RCC_APB2PeriphClockCmd

// RES RESET
#define OLED_SPI_RES_Pin		GPIO_Pin_5
#define OLED_SPI_RES_Port		GPIOC
#define OLED_SPI_RES_CLK		RCC_APB2Periph_GPIOC
#define OLED_SPI_RES_CLK_FUN	RCC_APB2PeriphClockCmd

#define OLED_SPI				SPI1
#define OLED_SPI_CLK			RCC_APB2Periph_SPI1
#define OLED_SPI_CLK_FUN		RCC_APB2PeriphClockCmd
#define OLED_SPI_GPIO_CLK_FUN	RCC_APB2PeriphClockCmd

// 复位引脚的高低电平的输出
#define OLED_SPI_RES_HIGH		GPIO_SetBits(OLED_SPI_RES_Port, OLED_SPI_RES_Pin)		
#define OLED_SPI_RES_LOW		GPIO_ResetBits(OLED_SPI_RES_Port, OLED_SPI_RES_Pin)

// DC命令选择的高低电平的输出
#define OLED_SPI_DC_HIGH		GPIO_SetBits(OLED_SPI_DC_Port, OLED_SPI_DC_Pin)
#define OLED_SPI_DC_LOW			GPIO_ResetBits(OLED_SPI_DC_Port, OLED_SPI_DC_Pin)

void OLED_SPI_Init(void);
void OLED_SPI_Write(uint8_t data);

#endif

#include "spi.h"

void OLED_SPI_Init(void) {

	SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	// 打开时钟
	OLED_SPI_CLK_FUN(OLED_SPI_CLK, ENABLE);
	OLED_SPI_GPIO_CLK_FUN(OLED_SPI_DO_CLK | OLED_SPI_MOSI_CLK | OLED_SPI_CS_CLK | OLED_SPI_DC_CLK
		| OLED_SPI_RES_CLK, ENABLE);
	
	// DO SCLK
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = OLED_SPI_DO_Pin;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(OLED_SPI_DO_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	// D1 MOSI
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = OLED_SPI_MOSI_Pin;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(OLED_SPI_MOSI_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	// CS NSS
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = OLED_SPI_CS_Pin;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(OLED_SPI_CS_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	// DC 命令数据选择
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = OLED_SPI_DC_Pin;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(OLED_SPI_DC_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	// RES RESET 低电平复位
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = OLED_SPI_RES_Pin;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(OLED_SPI_RES_Port, &GPIO_InitStructure);
	
	// 初始化 SPI结构体
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; // 软件控制
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; // 主机模式
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 大端数据先行
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx; // 单线发送
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // 数据长度为8
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; // 空闲时为高电平，偶数边沿
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
	
	// 初始化SPI
	SPI_Init(OLED_SPI, &SPI_InitStructure);
	
	// 使能SPI
	SPI_Cmd(OLED_SPI, ENABLE);
}

void OLED_SPI_Write(uint8_t data) {
	
	// 判断 SPI的 发送缓冲区是否为空？
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(OLED_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
	
	SPI_I2S_SendData(OLED_SPI, data);
}

SPI模块的配置如上面的代码所示，关于SPI协议，在本贴中，不会提及，请感兴趣的读者去阅读STM32的参考手册。要提及的一点是，SPI_InitStructure.SPI_NSS需要设置成软件控制，如果有硬件控制，可能OLED无法显示数据，我个人认为，可能是如果通过硬件控制，NSS端口可能以极快的频率在高低电平之间来回切换，导致采集数据时，OLED无法被作为从设备选中，这是一家之言，如果有不正确之处，请大家指正。

OLED模块如下：

#ifndef __OLED_H
#define	__OLED_H

#include "stm32f10x.h"

#define OLED_ADDRESS	0x78 //通过调整0R电阻,屏可以0x78和0x7A两个地址 -- 默认0x78
#define OLED_CMD		0
#define OLED_DATA		1

void WriteCmd(uint8_t SPI_Command);
void WriteData(uint8_t SPI_Data);
void OLED_Init(void);
void OLED_ON(void);
void OLED_OFF(void);
void SetPos(uint8_t x, uint8_t y);
void OLED_Fill(uint8_t Fill_Data);
void OLED_Clean(void);
void OLED_ShowStr(uint8_t x, uint8_t y, char ch[], uint8_t TextSize);

#endif

#include "spi.h"
#include "oled.h"
#include "bsp_systick.h"
#include "codetab.h"

// 设置oled的显存
// 存放格式如下
// [0] 0 1 2 3 ... 127
// [1] 0 1 2 3 ... 127
// [2] 0 1 2 3 ... 127
// [3] 0 1 2 3 ... 127
// [4] 0 1 2 3 ... 127
// [5] 0 1 2 3 ... 127
// [6] 0 1 2 3 ... 127
// [7] 0 1 2 3 ... 127
uint8_t OLED_GRAM[128][8];

// 初始化 OLED模块0
void OLED_Init(void) {
	
	// 使能相关的GPIO口 配置SPI外设
	OLED_SPI_Init();	
	
	OLED_SPI_RES_HIGH;
	// 延时200ms
	Delay_us(200);
	
	WriteCmd(0xAE); //display off
	WriteCmd(0x20);	//Set Memory Addressing Mode	
	WriteCmd(0x10);	//00,Horizontal Addressing Mode;01,Vertical Addressing Mode;10,Page Addressing Mode (RESET);11,Invalid
	WriteCmd(0xb0);	//Set Page Start Address for Page Addressing Mode,0-7
	WriteCmd(0xc8);	//Set COM Output Scan Direction
	WriteCmd(0x00); //---set low column address
	WriteCmd(0x10); //---set high column address
	WriteCmd(0x40); //--set start line address
	WriteCmd(0x81); //--set contrast control register
	WriteCmd(0xff); //亮度调节 0x00~0xff
	WriteCmd(0xa1); //--set segment re-map 0 to 127
	WriteCmd(0xa6); //--set normal display
	WriteCmd(0xa8); //--set multiplex ratio(1 to 64)
	WriteCmd(0x3F); //
	WriteCmd(0xa4); //0xa4,Output follows RAM content;0xa5,Output ignores RAM content
	WriteCmd(0xd3); //-set display offset
	WriteCmd(0x00); //-not offset
	WriteCmd(0xd5); //--set display clock divide ratio/oscillator frequency
	WriteCmd(0xf0); //--set divide ratio
	WriteCmd(0xd9); //--set pre-charge period
	WriteCmd(0x22); //
	WriteCmd(0xda); //--set com pins hardware configuration
	WriteCmd(0x12);
	WriteCmd(0xdb); //--set vcomh
	WriteCmd(0x20); //0x20,0.77xVcc
	WriteCmd(0x8d); //--set DC-DC enable
	WriteCmd(0x14); //
	WriteCmd(0xaf); //--turn on oled panel
}

void WriteCmd(uint8_t SPI_Command) {
	
	OLED_SPI_DC_LOW;
	
	OLED_SPI_Write(SPI_Command);
}

void WriteData(uint8_t SPI_Data) {
	
	OLED_SPI_DC_HIGH;
	
	OLED_SPI_Write(SPI_Data);
}

// 打开OLED
void OLED_ON(void) {
	
	WriteCmd(0x8D); // 设置电荷泵
	WriteCmd(0x14); // 开启电荷泵
	WriteCmd(0xAF); // OLED唤醒
}

// 关闭OLED
void OLED_OFF(void) {

	WriteCmd(0x8D); // 设置电荷泵
	WriteCmd(0x10); // 关闭电荷泵
	WriteCmd(0xAE); // 关闭OLED
}

// 设置起始坐标
void SetPos(uint8_t x, uint8_t y) {
	
	// 设置页地址
	WriteCmd(0xb0 + y);
	// 取列高位
	WriteCmd((x & 0xf0)>>4 | 0x10);
	// 取列低位
	WriteCmd((x & 0x0f) | 0x01);
}

// 全屏填充
void OLED_Fill(uint8_t Fill_Data) {
	
	uint8_t m, n;
	// 设置起始地址
	for (m = 0; m < 8; m++) {
		WriteCmd(0xb0 + m);
		WriteCmd(0x00);
		WriteCmd(0x10);
	}
	
	// 填充数据
	for (n = 0; n < 128; n++) {
		WriteData(Fill_Data);
	}
}

// 清屏
void OLED_Clean(void) {
	
	OLED_Fill(0x00);
}

// 显示字符串
void OLED_ShowStr(uint8_t x, uint8_t y, char ch[], uint8_t TextSize) {
	
	uint8_t c = 0, i =0, j = 0;	
	switch(TextSize) {
		
		// 模式1：6x8点阵
		// 6列 1组
		case 1: {
			while(ch[j] != '\0') {
				
				c = ch[j] - 32;
				if (x > 126) {
					x = 0;
					y++;
				}
				SetPos(x, y);
				for (i = 0; i < 6; i++) {
					WriteData(F6x8[c][i]);
				}
				x += 6;
				j++;
			}
		}break;
		
		// 模式2: 8x16点阵 两页
		case 2: {
			
			while(ch[j] != '\0') {
				
				c = ch[j] - 32; // 字符偏移量，字库上的字体序号和ASCII码表上相差32
				if (x > 120) {
					x = 0;
					y++;
				}
				SetPos(x, y);
				for (i = 0; i < 8; i++) {
					WriteData(F8X16[c*16+i]);
				}
				SetPos(x,y+1);
				for(i=0;i<8;i++) {
					WriteData(F8X16[c*16+i+8]);
				}
				x += 8;
				j++;
			}
		}break;
	}
}

对于OLED模块中的相关函数，重点介绍一下OLED_ShowStr(uint8_t x, uint8_t y, char ch[], uint8_t TextSize)，这是官方提供的函数。

对于OLED_ShowStr函数，它的参数x, y代表在屏幕中进行写操作时的起始坐标值，如果我们选择的是6×8模式，也就是6列，8行来表示一个字符，那么0 ~ 127中，最大能整除6的数字是126，即x的最大值是125（包括0），当x大于126时，便会开启下一页的写操作，如下：

if (x > 126) {
	x = 0;
	y++;
}

那么问题来了，如何理解下面的表达式：

c = ch[j] - 32;

比如要想显示A字母，A字母的ASCII码值是65，那么65 – 32 = 33，33就对应着字库（注：字库文件在codetab.h文件中定义，因为篇幅原因，我就不贴出来了，大家可以通过淘宝厂家提供的百度网盘链接找到）中A字母的编号33，那么我们可以通过找到A的编号，从而找到它的编码，从而在屏幕中打印出来。

以此类推，F8X16是一个数组，每个元素是一个8位的char类型，字库中将其分行，每行有16个字符，A在33行，所以，33*16能取到A的第一个编码值，然后按顺序，从1 ~ 16，一列列地将A字母从屏幕上打印出来。

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "bsp_systick.h"
#include "spi.h"
#include "oled.h"


int main() {
	
	SysTick_init();
	
	LED_Init();
	
	OLED_Init();
	
	OLED_Clean();
	
	OLED_ShowStr(0, 1, "hello world", 1);
	OLED_ShowStr(0, 2, "hello world", 2);
	
	while(1) {
	
	}
}

c = ch[j] - 32;

以此类推，F8X16是一个数组，每个元素是一个8位的char类型，字库中将其分行，每行有16个字符，A在33行，所以，33*16能取到A的第一个编码值，然后按顺序，从1 ~ 16，一列列地将A字母在屏幕上打印出来。

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "bsp_systick.h"
#include "spi.h"
#include "oled.h"


int main() {
	
	SysTick_init();
	
	LED_Init();
	
	OLED_Init();
	
	OLED_Clean();
	
	OLED_ShowStr(0, 1, "hello world", 1);
	OLED_ShowStr(0, 2, "hello world", 2);
	
	while(1) {
	
	}
}