OLED的波形曲线、进度条、图片显示（STM32 HAL库 模拟SPI通信 5线OLED屏幕）详细篇

少废话，先上效果图

屏幕显示效果

       

全家福

 

观看演示效果：

https://www.bilibili.com/video/BV13V411b78V

一、基础认识及引脚介绍

屏幕参数：

尺寸：0.96英寸

分辨率：128*64

驱动芯片：SSD1306

驱动接口协议：SPI

引脚说明：

二、 SSD1306芯片介绍

SSD1306是一款带控制器的用于OLED点阵图形显示系统的单片CMOS OLED/PLED驱动器。它由128个SEG（列输出）和64个COM（行输出）组成。

 

SSD1306嵌入了对比度控制器、显示RAM和振荡器，从而减少了外部组件的数量和功耗。它有256级亮度控制。数据/命令可以通用硬件选择3种通信方式：6800/8000串口、IIC接口和SPI接口。适用于手机子显示器、MP3播放器、计算器等多种便携应用。

 

模块有多种通信方式，包括串口、IIC、SPI,其选择通过硬件固化，如果使用IIC通信方式时可以选择两个IIC地址，其分别为0x78和0x7A。

三、 通信方式（4线SPI）

所谓的4线SPI并非是收发一体的标准4线SPI协议，标准的4线SPI为SCLK、CS、MOSI、MISO，模块所述大的4线SPI是单向的，即MISO（主入从出）变成了D/C（数据命令选择脚）。

该4线串行接口由串行时钟SCLK、串行数据SDIN、数据命令选择线D/C#、片选信号CS#组成.在四线SPI模式下，D0为SCLK，D1为SDIN。

其真实使用的是标准的3线SPI,也就是省略了MISO（主入从出）数据线。

 

数据命令选择：DC为高时表示数据，DC为低时表示写命令

片选：CS脚为低电平是选中，如果不通信时将脚输出高电平

数据通信：在SCLK的每一个上升边上，SDIN按D7，D6，…D0,高位先写出

 

通信时序图

四、编程（CubeMX部分）

(一)   CubeMX基础配置

选择芯片（STM32F103C8T6）

打开外部的高速和低速晶振

所占用的引脚

开启SWD调试

所占用的引脚

时钟树设置

设置系统时钟为最高速度，72MHZ

(二)  GPIO初始化

初始化电平分析

D0：SCLK，时钟线，上升沿有效，所以默认输出高电平

D1：SDIN，数据线，默认输出电平随意

RST：复位脚，低电平复位，默认电平为低

DC：数据/命令选择脚，默认输出电平随意

CS：片选引脚，默认输出高电平

引脚选择

使用单片机是STM32F103C8T6

考虑到已经使用的IO和硬件上的布局，最好是将一个模块的相关线放在一起，所以选择如下接线方式：

D0   ---->  B5

D1   ---->  B6

RST  ---->  B7

DC   ---->  B8

CS   ---->  B9

(三)  CubeMX GPIO配置

所使用的IO

(四) 整体配置图

五、 编程（程序部分）

(一)    分析原理

有IIC通信方式为什么要有SPI，我看可以简单对比一下：

 

IIC通信方式：两条数据线，通信数据较慢

SPI通信方式：四条数据线，通信数据脚快

 

这就看项目需要，如果需要刷屏速度的话当然选用SPI方式优秀

在此之前要知道，OLED SPI通信中不需要单片机读取OLED模块的任何数据，所以单片机按照一定的规则向SPI线上写数据就可以了。在通信中单片机充当SPI的主机，OLED模块为SPI的从机。因为主机不需要接收从机数据，所以标准的四线SPI中MISO线就没必要存在了。通信使用的是标准的三线SPI，即CS、CLK、MOSI。

 

根据这个时序图就可以了解如何变成，在CS为低电平时就是芯片通信启动；D/C是数据或者命令的选择，也就是主机拉高拉低可以控制写的数据是指令还是数据；SCLK(D0)是时钟引脚，MOSI (D1 SDIN)为数据已经。当SCLK上升沿的瞬间，从机将会读取MOSI上的电平。发送一个字节时，是高位在前低位在后的。

所以发送一个字节大的函数，这实现了单向的数据传输SPI

实现步骤：

l  先保证时钟线默认为低电平

l  循环发送8位数据，发送最高位数据：

|  设置时钟线为低电平

|   判断发送的数据是1还是0,1则发送高电平，0则低低电平

|   设置时钟线为高电平（此时有上升沿）

l  数据左移一位，让次高位在最高位上

l  循环发送8位数据，发送次高位数据：

|   设置时钟线为低电平

|   判断发送的数据是1还是0,1则发送高电平，0则低低电平

|   设置时钟线为高电平（此时有上升沿）

l  数据左移一位，……

l  ……

l  保证时钟线最终为高电平

代码，需要交流可加本人微信，见文章结尾

数据和命令分发：

OLED SPI方式为了更快的数据交互，有一个专门的引脚作为数据和命令选择脚，而IIC还要靠发送数据去做判断，可想而知他们的速率会有相差。

D/C引脚就是数据/命令选择，低电平写命令，高电平写数据

设计思路：

l  如果是命令，则拉高DC引脚

l  如果不是命令，则拉低DC引脚

l  CS引脚拉低表示选中从机，开启通信

l  发送一个数据，则调用了前面的标准3线SPI通信函数

l  拉高DC引脚

l  拉高CS引脚，关闭通信

代码，需要交流可加本人微信，见文章结尾

六、OLED进阶版及曲线显示

（一）驱动分析

想要了解OLED显示曲线就必须了解其显示本质，更加底层细致的分析寄存器及显示原理。

0.96寸的12864 OLED屏幕由128*64个发光二极管组成。

这是数据手册的截图

注意图总的黑色和绿色，它只是告诉你可以反向，也就是0编号的位置可以换成127编号而已。

由此可见屏幕总共分为8页（page）,每页占用Y轴的8行发光二极管和X轴的128个发光二极管，所以一页总共占用8*128=1024个发光二极管。

所以在真实的图中表示：

这是数据手册中其中一页的表示

这是基于没有做反转时的介绍，如果反转了就不是这样了。反转是在程序初始化是调用的，后面分析的初始化函数有介绍

其中“Each lattice represents one bit of image data”的翻译是“每个格子代表一个图像数据位”，因为一页刚好8个Y方向的各种，对应的刚好是U8类型，所以我们通常用一个U8表示一页里的一个列的显示，一页中共有128个列，所以一页总共需要1*128=128个U8类型数据。并且从图中可以看出，最下面的是最高位。

举个栗子：

假如我们拿第二页的第一列来说，其值的二进制为11110000，其实点亮的是如下图的红色部分。

这也就说明高位点亮的是下面的位置。

（二）初始化函数及逐条分析

void my_oled_init(){
  my_oled_rst();
    my_oled_write_byte(0xAE,OLED_CMD);//关闭显示

    my_oled_write_byte(0x00,OLED_CMD);//X轴低位，起始X轴为0
    my_oled_write_byte(0x10,OLED_CMD);//X轴高位
    my_oled_write_byte(0x40,OLED_CMD);//Y轴，可设区间[0x40,0x7F]，设置为0了


    my_oled_write_byte(0xA1,OLED_CMD);//设置X轴扫描方向，0xa0左右反置 ，0xa1正常（左边为0列）
    my_oled_write_byte(0xC8,OLED_CMD);//设置Y轴扫描方向，0xc0上下反置 ，0xc8正常（上边为0行）
    my_oled_write_byte(0xA6,OLED_CMD);//位值表示的意义，0xa6表示正常，1为点亮，0为关闭，0xa7显示效果相反


    my_oled_write_byte(0x81,OLED_CMD);//命令头，调节亮度,对比度,变化很小，但是仔细可以观察出来
    my_oled_write_byte(0xFF,OLED_CMD);//可设置区间[0x00,0xFF]

    my_oled_write_byte(0xA8,OLED_CMD);//命令头，设置多路复用率(1 to 64)
    my_oled_write_byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty

    my_oled_write_byte(0xD3,OLED_CMD);//命令头，设置显示偏移移位映射RAM计数器(0x00~0x3F)
    my_oled_write_byte(0x00,OLED_CMD);//不偏移

    my_oled_write_byte(0xd5,OLED_CMD);//命令头，设置显示时钟分频比/振荡器频率
    my_oled_write_byte(0x80,OLED_CMD);//设置分割比率，设置时钟为100帧/秒

    my_oled_write_byte(0xD9,OLED_CMD);//命令头，--set pre-charge period
    my_oled_write_byte(0xF1,OLED_CMD);//Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock

    my_oled_write_byte(0xDA,OLED_CMD);//命令头，--set com pins hardware configuration
    my_oled_write_byte(0x12,OLED_CMD);

    my_oled_write_byte(0xDB,OLED_CMD);//命令头，--set vcomh
    my_oled_write_byte(0x40,OLED_CMD);//Set VCOM Deselect Level

    my_oled_write_byte(0x20,OLED_CMD);//命令头，设置寻址模式
    my_oled_write_byte(0x10,OLED_CMD);//页面寻址模式(重置) (0x00/0x01/0x02)

    my_oled_write_byte(0x8D,OLED_CMD);//命令头，--set Charge Pump enable/disable
    my_oled_write_byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable

    my_oled_write_byte(0xA4,OLED_CMD);//恢复到RAM内容显示(重置)

    my_oled_clear();//清屏

    my_oled_write_byte(0xAF,OLED_CMD); //开启显示

}

局部分析：

设置寻址模式

A[1:0] = 00b，水平寻址模式

A[1:0] = 01b，垂直寻址模式

A[1:0] = 10b，页面寻址模式(重置)

A[1:0] = 11b，无效

00b，水平寻址模式

01b，垂直寻址模式

10b，页面寻址模式

寻址模式对应着我们的取模：

我们取模软件设置的刷新方式：

从左到右从上到下：对应了页面寻址模式

纵向8点下高位：纵向右8个点，最下面的点为最高位

其它相关逐条分析内容，可加本人微信获取，见文末

  (三)  寄存器配置补充（详细）

需要资料可加本人微信，见文末

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