OLED屏显和汉字点阵编码

目录

一、SPI协议

（1）SPI协议简介

（2）SPI物理层

（3）协议层

（4）SPI 基本通讯过程

（5）CPOL/CPHA 及通讯模式

（6）通讯引脚

（7）SPI优缺点

 二、OLED

（1）OLED简介

（2）点阵编码原理与显示

（3）OLED 显示汉字

1、添加字模

2、修改显示函数

3、修改主函数

4、烧录

（4）OLED滑动显示字符

（5）oled显示温湿度

三、总结

四、参考

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一、SPI协议

（1）SPI协议简介

SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议 (Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是 一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率 较高的场合。

（2）SPI物理层

SPI 通讯设备之间的常用连接方式如下

 SPI 通讯使用 3 条总线及片选线，3 条总线分别为 SCK、MOSI、MISO，片选线为 SS ，它们的作 用介绍如下：

① SS*(* Slave Select)：从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为 NSS、CS，以下用 NSS 表示。当有多个 SPI 从设备与 SPI 主机相连时，设备的其它信号线 SCK、MOSI 及 MISO 同时并联到相同的 SPI 总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这 3 条总线；而每个从设备都有独立的这一条 NSS 信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设 备，就有多少条片选信号线。I2C 协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而 SPI 协议中没有设备地址，它使用 NSS 信号线来寻址，当主机要选择从设 备时，把该从设备的 NSS 信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI 通讯。所以 SPI 通讯以 NSS 线置低电平为开始信号，以 NSS 线被拉高作为结束信号。

② SCK (Serial Clock)：时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速 率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如 STM32 的 SPI 时钟频率最大为 fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

③ MOSI (Master Output，Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线 输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

④ MISO(Master Input,，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信线读入数据， 从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

（3）协议层

与 I2C 的类似，SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。

（4）SPI 基本通讯过程

SPI通讯的通讯时序如下

 这是一个主机的通讯时序。NSS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机 产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有 效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。 

（5）CPOL/CPHA 及通讯模式

上面讲述的图 24‑2 中的时序只是 SPI 中的其中一种通讯模式，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。如下图

 我们来分析这个 CPHA=0 的时序图。首先，根据 SCK 在空闲状态时的电平，分为两种情况。SCK 信号线在空闲状态为低电平时，CPOL=0；空闲状态为高电平时，CPOL=1。 无论 CPOL=0 还是 =1，因为我们配置的时钟相位 CPHA=0，在图中可以看到，采样时刻都是在 SCK 的奇数边沿。注意当 CPOL=0 的时候，时钟的奇数边沿是上升沿，而 CPOL=1 的时候，时钟的奇数边沿是下降沿。所以 SPI 的采样时刻不是由上升/下降沿决定的。MOSI 和 MISO 数据线的有效信号在 SCK 的奇数边沿保持不变，数据信号将在 SCK 奇数边沿时被采样，在非采样时刻， MOSI 和 MISO 的有效信号才发生切换。 类似地，当 CPHA=1 时，不受 CPOL 的影响，数据信号在 SCK 的偶数边沿被采样，如下图

 由 CPOL 及 CPHA 的不同状态，SPI 分成了四种模式，见表 24‑1，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”。如下图

（6）通讯引脚

 SPI 的所有硬件架构都是从 MOSI、MISO、SCK 及 NSS 线展开的。STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，如下图。关于 GPIO 引脚的复用功能，可查阅《STM32F4xx规格书》，以它为准。

 注：其中 PF、PH 端口在 176 引脚型号的芯片才有。 其中 SPI1、SPI4、SPI5、SPI6 是 APB2 上的设备，最高通信速率达 42Mbtis/s，SPI2、SPI3 是 APB1 上的设备，最高通信速率为 21Mbits/s。其它功能上没有差异。

（7）SPI优缺点

优点

支持全双工通信
通信简单
数据传输速率块

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

（1）OLED简介

OLED（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导体（Organic Electroluminescence 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。

0.96寸七针OLED屏

 （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。

（3）OLED 显示汉字

为了在 OLED 上显示想要的汉字，需要对汉字进行点阵编码得到汉字的字模，然后存入代码中。

使用PCtoLCD生成字模

下载0.96寸OLED屏Demo程序，然后选择STM32F103RCT6，在模板上进行修改，下载链接如下

http://www.lcdwiki.com/res/Program/OLED/0.96inch/SPI_SSD1306_MSP096X_V1.0/0.96inch_SPI_OLED_Module_SSD1306_MSP096X_V1.0.zip

1、添加字模

打开上面下载的工程文件“0.96inch_OLED_Demo_STM32F103RCT6_Software_4-wire_SPI\PROJECT\OLED.uvprojx”，打开 gui.c 下的 oledfont.h 头文件，将 cfont16[] 数组内的内容修改成自己的中文文字点阵即可。

2、修改显示函数

将 test.c 里 void TEST_MainPage(void) 函数中的语句修改为自己的执行语句，如下：

函数说明：
① GUI_ShowString() 函数各参数分别对应：
X 坐标、Y 坐标、字符串（ASCLL码中的）、bit （表示字符显示格式，这里我用的 16 ，和汉字一样高）、显示样式（1：白字黑底；0：黑字白底）。
② GUI_ShowChinese() 函数各参数分别对应：
X 坐标、Y 坐标、汉字点阵大小（这里使用的是 16×16 的，参数应该是 16）、要显示的汉字、显示样式（1：白字黑底；0：黑字白底）。

3、修改主函数

将 main.c 代码中的 while 函数里除 TEST_MainPage(); 语句以外的语句删除，如下：

  

4、烧录

编译后，将hex文件烧录进stm32中，效果如下

 完成

（4）OLED滑动显示字符

添加字模方式跟上面一样，如下

修改代码时，在 test.c 里 void TEST_MainPage(void) 函数中不用的语句删掉，添加自己的想要显示的字符

 将main.c中的main函数改为下列所示

int main(void)
{	
	delay_init();	    	       //延时函数初始化	  
	NVIC_Configuration(); 	   //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级 	
	OLED_Init();			         //初始化OLED  
	OLED_Clear(0);             //清屏（全黑）

//从左到右滑动（ OLED 屏的滚屏命令）
	OLED_WR_Byte(0x2E,OLED_CMD);        //关闭滚动
  OLED_WR_Byte(0x27,OLED_CMD);        //水平向左或者右滚动 26/27
  OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);        //虚拟字节
	OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);        //起始页 0
	OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD);        //滚动时间间隔
	OLED_WR_Byte(0x07,OLED_CMD);        //终止页 7
	OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);        //虚拟字节
	OLED_WR_Byte(0xFF,OLED_CMD);        //虚拟字节
	TEST_MainPage();
	OLED_WR_Byte(0x2F,OLED_CMD);        //开启滚动
}

编译烧录，成功

（5）oled显示温湿度

移植 AHT20 温湿度采集代码
查看上篇博客里的使用的工程文件，从里面移植下面 4 个文件：
bsp_i2c.h、bsp_i2c.c、
sys.h（移植后更改了名称为 AHT20_sys.h，不然会重名）、
sys.c（移植后更改了名称为 AHT20_sys.c，不然会重名）；
并将bsp_i2c.c文件中的串口发送改为 OLED 显示 void Show_OLED(void) 即可。

void Show_OLED(void)
{
	/*---
	------
	---*/
	GUI_ShowCHinese(28,10,16,"当前温湿度",1);
    GUI_ShowCHinese(20,32,16,"温度：",1);
	GUI_ShowString(60,32,strTemp1,16,1);
	GUI_ShowString(68,32,strTemp2,16,1);
	GUI_ShowString(76,32,".",16,1);
	GUI_ShowString(84,32,strTemp3,16,1);
	GUI_ShowCHinese(92,32,16,"℃",1);
    GUI_ShowCHinese(20,48,16,"湿度：",1);
	GUI_ShowString(60,48,strHumi1,16,1);
	GUI_ShowString(68,48,strHumi2,16,1);
	GUI_ShowString(76,48,".",16,1);
	GUI_ShowString(84,48,strHumi3,16,1);
	GUI_ShowCHinese(92,48,16,"％",1);
}

 修改主函数
将 main.c 代码中不用的函数注释掉，再修改代码，之后的结果如下：

#include "bsp_i2c.h"  //注意添加头文件
int main(void)
{	
	delay_init();	    	       //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	OLED_Init();			         //初始化OLED
	IIC_Init();                //初始化IIC
	OLED_Clear(0);             //清屏（全黑）
	while(1) 
	{
		read_AHT20_once();         //读取温度并显示
		OLED_Clear(0);             //清屏（全黑）		
		delay_ms(1500);
	}	

 要注意添加头文件，调用温湿度读取并显示函数。

编译烧录，成功

三、总结

学习了SPI协议，并且通过SPI协议对汉字和温湿度进行了显示，中途遇到了部分问题，例如汉字可能不显示的问题，也没有找到什么解决办法，如果有知道问题所在的大佬可以教教我

四、参考

 (9条消息) 基于 SPI 协议用 0.96 寸 OLED 显示汉字及温湿度数据_L-GRAZY的博客-CSDN博客

(9条消息) 基于SPI通信方式的OLED显示_不#曾＆轻听的博客-CSDN博客_oled spi通讯

(9条消息) 基于STM32的0.96寸OLED显示屏显示数据_Harriet的博客-CSDN博客_基于stm32的oled显示时间