基于STM32的OLED屏显实例

一、SPI协议

1.什么是SPI

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

常见的 SPI 通讯系统

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，它们的作用如下：

(1) NSS( Slave Select)：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，而每个从设备都有独立的这一条NSS 信号线，独占主机的一个引脚。 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。
(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。主机从这条信号线读入数据，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.SPI协议层

SPI 通讯的通讯时序

通讯的起始和停止
1处， NSS 信号线由高变低，是 SPI 通讯的起始信号。6处， NSS 信号由低变高，是 SPI 通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

数据有效性
SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，使用 SCK 信号线进行数据同步。 MOSI 及MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。
观察图中的2、3、4、5标号处， MOSI 及 MISO 的数据在 SCK 的上升沿期间变化输出，在SCK 的下降沿时被采样。即在 SCK 的下降沿时刻， MOSI 及 MISO 的数据有效，在其它时刻数据无效。

CPOL/CPHA 及通讯模式
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。

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，时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻。

SPI 的四种模式

4.SPI特点

SPI协议支持全双工通信，数据传输速率快。但没有指定的流控制，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。

5.通讯引脚

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。

STM32F10x 的 SPI 引脚

二、OLED屏显原理

1.简介

OLED，其采用的像素单元是有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。OLED采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。

0.96寸的七脚OLED屏

2.OLED屏显原理

按位扫描提供的字模数据，把为"1"的位转换成蓝色像素点，为"0"的位转换为黑色像素点，即可把整个点阵还原出来，显示在OLED上。关于汉字点阵编码原理，可参考这篇博客。Ubuntu下点阵汉字的字模读取与显示

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。

像素数据扫描过程

三、OLED屏显实例

准备材料：STM32F103最小系统，AHT20温湿度传感器，USB转串口模块，0.96寸OLED显示屏。

接线说明：
AHT20

AHT20	STM32
SCL	PB6
SDA	PB7
VCC	3V3
GND	GND

串口

STM32	USB转TTL
PA9	TXD
PA10	RXD
3V3	3V3
GND	GND

OLED

OLED	STM32
VCC	3V3/5V
GND	GND
D0	PB13
D1	PB15
RES	PB612
DC	PB10
CS	PB11

1.显示自己的学号和姓名

将文字的字模文件添加到程序中，可以通过字模生成软件PCtol生成要显示的中文字符的字模文件，首先先设置生成字模的相关参数，点击确定选项。

输入要显示的名字，将生成的字模文件复制到代码中。

复制到oledfront.h中，如下图所示。

编写test.c文件中的TEST_MainPage函数。

void TEST_MainPage(void)
{	
	GUI_ShowCHinese(28,20,16,"徐晓琳",1);
	GUI_ShowString(4,48,"631907030628",16,1);
	delay_ms(1500);		
	delay_ms(1500);
}

在主函数中直接调用即可。

将生成的hex文件烧录进STM32，按接线说明接线，得到以下结果。有点接触不良，还没显示完就拍照了。

2. 显示AHT20的温度和湿度

修改之前博客的温湿度显示程序中bsp_i2c.c的 read_AHT20函数，注释掉串口显示的代码。

void read_AHT20(void)
{
	uint8_t   i;
	for(i=0; i<6; i++)
	{
		readByte[i]=0;
	}

	//-------------
	I2C_Start();

	I2C_WriteByte(0x71);
	ack_status = Receive_ACK();
	readByte[0]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[1]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[2]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[3]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[4]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[5]= I2C_ReadByte();
	SendNot_Ack();
	//Send_ACK();

	I2C_Stop();

	//--------------
	if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
	{
		H1 = readByte[1];
		H1 = (H1<<8) | readByte[2];
		H1 = (H1<<8) | readByte[3];
		H1 = H1>>4;

		H1 = (H1*1000)/1024/1024;

		T1 = readByte[3];
		T1 = T1 & 0x0000000F;
		T1 = (T1<<8) | readByte[4];
		T1 = (T1<<8) | readByte[5];

		T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;

		AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;

		AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
	}
	else
	{
		AHT20_OutData[0] = 0xFF;
		AHT20_OutData[1] = 0xFF;

		AHT20_OutData[2] = 0xFF;
		AHT20_OutData[3] = 0xFF;
		printf("lyy");

	}
	/*通过串口显示采集得到的温湿度
	printf("\r\n");
	printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
	printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
	printf("\r\n");*/
	t=T1/10;
	t1=T1%10;
	a=(float)(t+t1*0.1);
	h=H1/10;
	h1=H1%10;
	b=(float)(h+h1*0.1);
	sprintf(strTemp,"%.1f",a);   //调用Sprintf函数把DHT11的温度数据格式化到字符串数组变量strTemp中  
    sprintf(strHumi,"%.1f",b);    //调用Sprintf函数把DHT11的湿度数据格式化到字符串数组变量strHumi中  
	GUI_ShowCHinese(16,00,16,"温湿度显示",1);
	GUI_ShowCHinese(16,20,16,"温度",1);
	GUI_ShowString(53,20,strTemp,16,1);//显示温度
	GUI_ShowCHinese(16,38,16,"湿度",1);
	GUI_ShowString(53,38,strHumi,16,1);//显示湿度
	delay_ms(1500);		
	delay_ms(1500);
}

用字模生成软件PCtol生成以下字模文件并添加进oledfront.h中。

	"温",0x00,0x00,0x23,0xF8,0x12,0x08,0x12,0x08,0x83,0xF8,0x42,0x08,0x42,0x08,0x13,0xF8,
  0x10,0x00,0x27,0xFC,0xE4,0xA4,0x24,0xA4,0x24,0xA4,0x24,0xA4,0x2F,0xFE,0x00,0x00,/*"温",0*/
	"度",0x01,0x00,0x00,0x80,0x3F,0xFE,0x22,0x20,0x22,0x20,0x3F,0xFC,0x22,0x20,0x22,0x20,
  0x23,0xE0,0x20,0x00,0x2F,0xF0,0x24,0x10,0x42,0x20,0x41,0xC0,0x86,0x30,0x38,0x0E,/*"度",0*/
	"湿",0x00,0x00,0x27,0xF8,0x14,0x08,0x14,0x08,0x87,0xF8,0x44,0x08,0x44,0x08,0x17,0xF8,
  0x11,0x20,0x21,0x20,0xE9,0x24,0x25,0x28,0x23,0x30,0x21,0x20,0x2F,0xFE,0x00,0x00,/*"湿",0*/
	"显",0x00,0x00,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x1F,0xF0,
  0x04,0x40,0x44,0x44,0x24,0x44,0x14,0x48,0x14,0x50,0x04,0x40,0xFF,0xFE,0x00,0x00,/*"显",0*/
	"示",0x00,0x00,0x3F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFE,0x01,0x00,
  0x01,0x00,0x11,0x10,0x11,0x08,0x21,0x04,0x41,0x02,0x81,0x02,0x05,0x00,0x02,0x00,/*"示",0*/

编写main函数。

将生成的hex文件烧录进STM32，按接线说明接线，得到以下结果，用手捂住AHT20芯片，温度与湿度值发生了明显变化。

3.上下或左右的滑动显示长字符

有了第一个实例，这个实例只需要在那基础上添加滚动函数即可，设置为左右滚动，通过OLED驱动芯片封装好的函数实现，参考资料有该芯片指令详解的链接。

OLED_WR_Byte(0x2E,OLED_CMD);        //关闭滚动
OLED_WR_Byte(0x26,OLED_CMD);        //水平向左或者右滚动
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
OLED_WR_Byte(0x2F,OLED_CMD);        //开启滚动

将需要显示的文字字模文件添加进oledfront.h中，我这里显示一句诗"别时容易见时难"，编写main函数如下。

在发送开始滚屏（2F）前要先传输好显示数据，如果在滚屏的时候传输显示数据RAM中的内容可能被损坏，无法正常显示。

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "oled.h"
#include "gui.h"
#include "test.h"
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）
	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
}

将生成的hex文件烧录进STM32，按接线说明接线，得到以下结果。

四、总结

一开始做第一个实例时，接好线了OLED屏却没反应，反复检查接线和代码，后面才发现是OLED显示屏的问题，动手实践的时候，运气很重要，这次实验后，我对I2C和SPI协议有了更为深刻的理解，意识到它们运用在身边的很多地方。用OLED屏显时，由于有很多参考代码，只需改一下字模文件，其他方面的困难没有很多。

五、参考资料

基于SPI通信方式的OLED显示
基于STM32的0.96寸OLED显示屏显示数据
0.96寸OLED显示屏相关介绍
SSD1306(OLED驱动芯片)指令详解
字模提取工具
提取码：3ly5
完整代码链接
提取码：03zq