I2C通信实例 - OLED显示 01

科技 08-19 来源： junziyang

前文回顾：

目标：用OLED显示屏实时显示前面制作的SHTx温湿度传感器的测量数据。

OLED主要参数

从网上买的，带底板的0.91吋白色OLED。外观如图1所示。

图1. OLED显示屏外观示意图

主要参数如下：

分辨率：128*32；
工作电源：3.3V-5V；
控制芯片：SSD1306；
通信方式：I2C
显示颜色：白色
尺寸：37.2×12.2mm （0.91吋）

硬件连接

从图1可以看出，显示屏共有4个引脚。GND接地；VCC接3.3V电源；SCL接单片机I2C接口的时钟引脚（PB6）；SDA接数据引脚（PB7）。用杜邦线连一下就可以了。

据说单片机的一个I2C模块可以挂多个I2C从机，但一直没弄成功，留待以后学习吧。好在单片机有2个I2C接口，温湿度传感器占了一个，显示屏就用了另一个I2C接口（I2C1 of STM32F103ZET6）。

OLED工作原理简介

OLED是自发光的，每个像素可以单独点亮。OLED屏可以看出是一个LED的点阵，在控制器中有一个等大的缓存（显存），每个bit控制OLED的一个像素。正常模式下，0表示灭，1表示亮；反显模式则反之。显示过程实际上就是控制器根据用户设置，把显存中的每个bit映射到屏幕上对应像素的过程。用户需要做的，主要是把要显示的信息文字点阵化，并存入缓存中的合适位置。

图2. OLED显示原理

现在用的这款OLED的控制器是SSD1306。根据手册，显示器的像素被划分成了多个PAGE（页）来管理，每页8行。比如：128×32的屏幕会被分为了4页，128×64的会被分成8页，以此类推。这样，每页上每列正好对应一个字节（8个bit）。控制器在往显存中写入数据时，就是按字节写入的，低位优先（参考图2的第123列）。控制器基于显存控制屏幕上的像素亮/灭时，是按照用户设定的扫描顺序，逐个字节依次扫描。比如默认的Page mode，就是从第一页的左侧第一列开始，向右逐列填充。扫描完一页，程序中需要定位到下一页，然后控制器继续从左到右进行扫描。

在对字符进行取模时，要按照上述显示时的扫描原理进行，才能正确显示。如图3所示。

图3. 点阵字取模方向和顺序

比如“温”字，取模结果如下：

{0x10,0x60,0x02,0x8C,0x00,0x00,0xFE,0x92,0x92,0x92,0x92,0x92,0xFE,0x00,0x00,0x00},{0x04,0x04,0x7E,0x01,0x40,0x7E,0x42,0x42,0x7E,0x42,0x7E,0x42,0x42,0x7E,0x40,0x00},

换算成二进制，恰好是图1中所示的情况，1的位置亮，0的位置不亮。注意：低位优先，0x10=0b0001 0000，要从下向上排列（见图2中P1的第一列）。

用户程序控制显示的过程，实际上就是往显存中的对应位置，写入点阵化字符的过程。这项工作可以利用I2C外设的HAL_I2C_Mem_Write函数来完成。函数接口如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

需要指定MCU的I2C句柄、OLED的通讯地址（写：0x78；读：079）、显存地址（命令：0x00；数据：0x40）、数据长度（I2C_MEMADD_SIZE_8BIT）、数据数量和超时时长。这个函数一次可以发送任意数量的指令/数据。

SSD1036控制器根据写入时指向的显存地址不同，来区分发送过来的是指令还是数据。指令直接送入控制单元，数据则存入显存。发送数据前要先发送指令，来定位数据的写入位置。

需要特别说明的是，OLED商家提供的例程和目前网上找到的例程，几乎无一例外都是基于模拟I2C来操作的，指令和数据都是一个字节一个字节发送的。这种思路如果照搬到HAL库中会导致程序执行效率降低，因为HAL库函数为了增强安全性，增加了许多验证操作。解决这个问题的办法，就是把尽可能多的数据或指令存到一个缓存数组中，然后调用HAL_I2C_Mem_Write，一次性发送过去。这样可以有效减少冗余验证，提高程序效率。具体实现方法，详见后面的代码部分。