第二十二章 OLED显示实验

       本章我们来学习使用OLED液晶显示屏，在开发板上我们预留了OLED模块接口，需要准备一个OLED显示模块。下面我们一起来点亮OLED，并实现ASCII字符的显示。

       本章分为如下几个小节：

       22.1 OLED简介

       22.2 硬件设计

       22.3 程序设计

       22.4 下载验证

        22.1 OLED简介

    OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display，OELD）。OLED由于同时具备自发光，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之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

       LCD都需要背光，而OLED不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED效果要来得好一些。以目前的技术，OLED的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。在本章中，我们使用的是ALINETEK的OLED显示模块，该模块有以下特点：

       1）模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。

       2）尺寸小，显示尺寸为0.96寸，而模块的尺寸仅为27mm*26mm大小。

       3）高分辨率，该模块的分辨率为128*64。

       4）多种接口方式，该模块提供了总共4种接口包括：6800、8080两种并行接口方式、4线SPI接口方式以及IIC接口方式（只需要2根线就可以控制OLED了！）。

       5）不需要高压，直接接3.3V就可以工作了。

       这里要提醒大家的是，该模块不和5.0V接口兼容，所以请大家在使用的时候一定要小心，别直接接到5V的系统上去，否则可能烧坏模块。以下4种模式通过模块的BS1和BS2设置，BS1和BS2的设置与模块接口模式的关系如表22.1.1所示：

表22.1.1 OLED模块接口方式设置表

       表22.1.1中：“1”代表接VCC，而“0”代表接GND。

       该模块的外观图如图22.1.1所示：

图22.1.1 ALIENTEK OLED模块外观图

       ALIENTEK OLED模块默认设置是：BS1和BS2接VCC ，即使用8080并口方式，如果你想要设置为其他模式，则需要在OLED的背面，用烙铁修改BS1和BS2的设置。

       模块的原理图如图22.1.2所示：

图22.1.2 ALIENTEK OLED模块原理图

       该模块采用8*2的2.54排针与外部连接，总共有16个管脚，在16条线中，我们只用了15条，有一个是悬空的。15条线中，电源和地线占了2条，还剩下13条信号线。在不同模式下，我们需要的信号线数量是不同的，在8080模式下，需要全部13条，而在IIC模式下，仅需要2条线就够了！这其中有一条是共同的，那就是复位线RST（RES），RST上的低电平，将导致OLED复位，在每次初始化之前，都应该复位一下OLED模块。

       ALIENTEK OLED模块的控制器是SSD1306，本章，我们将学习如何通过STM32H562来控制该模块显示字符和数字，本章的实例代码将可以支持两种方式与OLED模块连接，一种是8080的并口方式，另外一种是4线SPI方式。实际使用过程我们也通常只选用其中的一种来实现硬件上的连接，我们会分别介绍这两种模式，读者可以选择性阅读。

       22.1.1 硬件驱动接口模式

       1. 8080并口模式

       首先我们介绍一下模块的8080并行接口，8080并行接口的发明者是INTEL，该总线也被广泛应用于各类液晶显示器，ALIENTEK OLED模块也提供了这种接口，使得MCU可以快速的访问OLED。ALIENTEK OLED模块的8080接口方式需要如下一些信号线：

       CS：OLED片选信号。

       WR：向OLED写入数据。

       RD：从OLED读取数据。

       D[7：0]：8位双向数据线。

       RST(RES)：硬复位OLED。

       DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。

       模块的8080并口写的过程为：先根据要写入的数据的类型，设置DC为高（数据）/低（命令），设置WR起始电平为高，然后拉低片选，选中SSD1306，接着我们在整个读时序上保持RD为高电平，然后：

       拉低WR的电平准备写入数据，向数据线（D[7：0]）上输入要写的信息；

       拉高WR，这样得到一个WR的上升沿，在这个上升沿，使数据写入到SSD1306里面；

       SSD1306的8080并口写时序图如图22.1.1.1所示：

图22.1.1.1 8080并口写时序图

       模块的8080并口读的过程为：先根据要写入的数据的类型，设置DC为高（数据）/低（命令），设置RD起始电平为高，然后拉低片选CS信号，选中SSD1306，接着我们在整个读时序上保持WR为高电平，然后类似写时序，同样的：

       在RD的上升沿， 使数据锁存到数据线（D[7：0]）上；

       SSD1306的8080并口读时序图如图22.1.1.2所示：

图22.1.1.2 8080并口读时序图

       SSD1306的8080接口方式下，控制脚的信号状态所对应的功能如表22.1.1.1：

表22.1.1.1 控制脚信号状态功能表

       在8080方式下读数据操作的时候，我们有时候（例如读显存的时候）需要一个假读命（Dummy Read），以使得微控制器的操作频率和显存的操作频率相匹配。在读取真正的数据之前，由一个的假读的过程。这里的假读，其实就是第一个读到的字节丢弃不要，从第二个开始，才是我们真正要读的数据。

       一个典型的读显存的时序图，如图22.1.1.3所示：

图22.1.1.3 读显存时序图

       可以看到，在发送了列地址之后，开始读数据，第一个是Dummy Read，也就是假读，我们从第二个开始，才算是真正有效的数据。并行接口模式就介绍到这里。

       2. SPI模式

       我们的代码同时兼容SPI方式的驱动，如果你使用的是这种驱动方式，则应该把代码中的宏OLED_MODE设置为：

#define OLED_MODE       0   /* 0: 4线串行模式 */

       我们接下来介绍一下4线串行（SPI）方式，4先串口模式使用的信号线有如下几条：

       CS：OLED片选信号。

       RST(RES)：硬复位OLED。

       DC：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。

       SCLK：串行时钟线。在4线串行模式下，D0信号线作为串行时钟线SCLK。

       SDIN：串行数据线。在4线串行模式下，D1信号线作为串行数据线SDIN。

       模块的D2需要悬空，其它引脚可以接到GND。在4线串行模式下，只能往模块写数据而不能读数据。

       在4线SPI模式下，每个数据长度均为8位，在SCLK的上升沿，数据从SDIN移入到SSD1306，并且是高位在前的。DC线还是用作命令/数据的标志线。在4线SPI模式下，写操作的时序如图22.1.1.4所示：

图22.1.1.4 4线SPI写操作时序图

       4线串行模式就为大家介绍到这里。其他还有几种模式，在SSD1306的数据手册上都有详细的介绍，我们把资料放到“开发板资料A盘->7，硬件资料\3，液晶资料\OLED资料\SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf”，如果要使用这些方式，请大家参考该手册并自行实现相应的功能代码。

       22.1.2 OLED显存

       接下来，我们介绍一下模块的显存，SSD1306的显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分为了8页，不使用显存对应的行列的重映射，其对应关系如表22.1.2.1所示：

表22.1.2.1 SSD1306显存与屏幕对应关系表

       可以看出，SSD1306的每页包含了128个字节，总共8页，这样刚好是128*64的点阵大小。当GRAM的写入模式为页模式时，需要设置低字节起始的列地址（0x00~0x0F）和高字节的起始列地址（0x10~0x1F），芯片手册中给出了写入GRAM与显示的对应关系，写入列地址在写完一字节后自动按列增长，如图22.1.2.2所示：

图22.1.2.2 SSD1306页2显存写入字节与屏幕坐标的关系

       因为每次写入都是按字节写入的，这就存在一个问题，如果我们使用只写方式操作模块，那么，每次要写8个点，这样，我们在画点的时候，就必须把要设置的点所在的字节的每个位都搞清楚当前的状态（0/1？），否则写入的数据就会覆盖掉之前的状态，结果就是有些不需要显示的点，显示出来了，或者该显示的没有显示了。这个问题在能读的模式下，我们可以先读出来要写入的那个字节，得到当前状况，在修改了要改写的位之后再写进GRAM，这样就不会影响到之前的状况了。但是这样需要能读GRAM，对于4线SPI模式/IIC模式，模块是不支持读的，而且读→改 →写的方式速度也比较慢。

       所以我们采用的办法是在STM32H562的内部建立一个虚拟的OLED的GRAM（共128*8=1024个字节），在每次修改的时候，只是修改STM32H562上的GRAM（实际上就是SRAM），在修改完了之后，一次性把STM3F103上的GRAM写入到OLED的GRAM。当然这个方法也有坏处，一个是对于那些SRAM很小的单片机（比如51系列）不太友好，另一个是每次都写入全屏，屏幕刷新率会变低。

       SSD1306的命令比较多，这里我们仅介绍几个比较常用的命令，这些命令如下表所示：

表22.1.2.3 SSD1306常用命令表

       第0个命令为0X81，用于设置对比度的，这个命令包含了两个字节，第一个0X81为命令，随后发送的一个字节为要设置的对比度的值。这个值设置得越大屏幕就越亮。

       第1个命令为0XAE/0XAF。0XAE为关闭显示命令；0XAF为开启显示命令。

       第2个命令为0X8D，该指令也包含2个字节，第一个为命令字，第二个为设置值，第二个字节的BIT2表示电荷泵的开关状态，该位为1，则开启电荷泵，为0则关闭。在模块初始化的时候，这个必须要开启，否则是看不到屏幕显示的。

       第3个命令为0XB0~B7，该命令用于设置页地址，其低三位的值对应着GRAM的页地址。

       第4个指令为0X00~0X0F，该指令用于设置显示时的起始列地址低四位。

       第6个指令为0X10~0X1F，该指令用于设置显示时的起始列地址高四位。

       其他命令，我们就不在这里一一介绍了，大家可以参考SSD1306 datasheet的第28页。从这页开始，对SSD1306的指令有详细的介绍。

       最后，我们再来介绍一下OLED模块的初始化过程，SSD1306的典型初始化框图如图22.1.2.4所示：

图22.1.2.4 SSD1306初始化框图

       驱动IC的初始化代码，我们直接使用厂家推荐的设置就可以了，只要对细节部分进行一些修改，使其满足我们自己的要求即可，其他不需要变动。

       OLED的介绍就到此为止，我们重点向大家介绍了ALIENTEK OLED模块的相关知识，接下来我们将使用这个模块来显示字符和数字。通过以上介绍，我们可以得出OLED显示需要的相关设置步骤如下：

       1）设置STM32F103与OLED模块相连接的IO。

       这一步，先将我们与OLED模块相连的IO口设置为输出，具体使用哪些IO口，这里需要根据连接电路以及OLED模块所设置的通讯模式来确定。这些将在硬件设计部分向大家介绍。

       2）初始化OLED模块。

       其实这里就是上面的初始化框图的内容，通过对OLED相关寄存器的初始化，来启动OLED的显示。为后续显示字符和数字做准备。

       3）通过函数将字符和数字显示到OLED模块上。

       这里就是通过我们设计的程序，将要显示的字符送到OLED模块就可以了，这些函数将在软件设计部分向大家介绍。

       通过以上三步，我们就可以使用ALIENTEK OLED模块来显示字符和数字了，在后面我们还将会给大家介绍显示汉字的方法。这一部分就先介绍到这里。

        22.2 硬件设计

       1. 例程功能

       使用8080并口模式驱动或者使用4线SPI串口模式，驱动OLED模块，不停的显示ASCII码和码值。LED0闪烁，提示程序运行。

       2. 硬件资源

       1）LED灯

              LED0 - PB4

       2）ALIENTEK 0.96寸OLED模块，在硬件上，OLED与开发板的IO口对应关系如下：

              OLED_CS对应DCMI_VSYNC，即：PB7；

              OLED_RS对应DCMI_SCL，即：PB10；

              OLED_WR对应DCMI_HREF，即：PA4；

              OLED_RD对应DCMI_SDA，即：PB3；

              OLED_RST对应DCMI_RESET，即：PC1；

              OLED_D[7:0]对应DCMI_D[7:0]，即：PB9/PB8/PD3/PC11/PC9/PC8/PC7/PC6；

       3. 原理图

       OLED模块的原理图在前面已有详细说明了，这里我们介绍OLED模块与我们开发板的连接，开发板上有一个OLED/CAMERA的接口（P4接口）可以和正点原子 OLED模块直接对插（靠左插！），连接如图22.2.1所示：

图22.2.1 OLED模块与开发板连接示意图

       这些线的连接，开发板的内部已经连接好了，我们只需要将OLED模块插上去就好了，注意，这里的OLED_D[7:0]因为不是接的连续的IO，所以得用拼凑的方式去组合一下，后续会介绍。

        22.3 程序设计 

       OLED只是用到HAL库中GPIO外设的驱动代码，在前面跑马灯实验已经介绍了。

       22.3.1 程序流程图

图22.3.1.1 OLED实验程序流程图

       22.3.2 程序解析

       1. OLED驱动代码

       这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。OLED驱动源码包括三个文件：oled.c、oled.h和oledfont.h。oledfont.h头文件存放的是ASCII字符集，oled.h存放的是引脚接口宏定义和函数声明等，oled.c则是驱动代码。

       首先看oledfont.h头文件的ASCII字符集内容：

/* 常用ASCII表
 * 偏移量32
 * ASCII字符集: !"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]
^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~
 * PC2LCD2002取模方式设置：阴码+逐列式+顺向+C51格式
 * 总共：3个字符集（12*12、16*16和24*24），用户可以自行新增其他分辨率的字符集。
 * 每个字符所占用的字节数为:(size/8+((size%8)?1:0))*(size/2),
其中size:是字库生成时的点阵大小(12/16/24...)
 */
 
/* 12*12 ASCII字符集点阵 */
const unsigned char oled_asc2_1206[95][12]={ ...这里省略字符集库... }; 
 
/* 16*16 ASCII字符集点阵 */
const unsigned char oled_asc2_1608[95][16]={ ...这里省略字符集库... }; 
 
/* 24*24 ASICII字符集点阵 */
const unsigned char oled_asc2_2412[95][36]={ ...这里省略字符集库... };

       该头文件中包含三个大小不同的ASCII字符集点阵，其中包括：12*12 ASCII字符集点阵、16*16 ASCII字符集点阵、24*24 ASICII字符集点阵。每个字符集点阵都包含95个常用的ASCII字符集，从空格符开始，分别为： !"#$%&'()*+,-0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQR

       STUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~。

       上面的ASCII字符集，我们可以使用正点原子团队开发的一个款很好的字符提取软件来制作获取。字符提取软件为：ATK_XFONT，该软件可以提供各种字符，包括汉字（字体和大小都可以自己设置）阵提取，且取模方式可以设置好几种，常用的取模方式，该软件都支持。该软件还支持图形模式，也就是用户可以自己定义图片的大小，然后画图，根据所画的图形再生成点阵数据，这功能在制作图标或图片的时候很有用。

       该软件的界面如图22.3.2.1所示：

图22.3.2.1 ATK_XFONT软件界面

       然后我们选择设置，在设置里面设置取模方式如图22.3.2.2所示：

图22.3.2.2 设置取模方式

       上图设置的取模方式，在右上角的取模说明里面有，即：从第一列开始向下每取8个点作为一个字节，如果最后不足8个点就补满8位。取模顺序是从高到低，即第一个点作为最高位。如*-------取为10000000。其实就是按如图22.3.2.3所示的这种方式：

图22.3.2.3 取模方式图解

       从上到下，从左到右，高位在前。我们按这样的取模方式，然后把ASCII字符集按12*6大小、16*8和24*12大小取模出来（对应汉字大小为12*12、16*16和24*24，字符的只有汉字的一半大！），每个12*6的字符占用12个字节，每个16*8的字符占用16个字节，每个24*12的字符占用36个字节。

       oled.c和oled.h文件的代码可以帮助显示我们制作好的字符集。我们还是先看oled.h文件的宏定义，首先是OLED模式设置宏定义：

/* OLED模式设置
 * 0: 4线串行模式   （模块的BS1，BS2均接GND）
 * 1: 并行8080模式  （模块的BS1，BS2均接VCC）
 */
#define OLED_MODE       1   /* 默认使用8080并口模式 */

       通过宏定义OLED_MODE来决定使用4线串行模式（0）还是并行8080模式（1），默认使用8080并口模式。

       关于OLED 80并口模式和SPI模式的引脚定义就不列出来了，请看源码。

       还有两个关于向OLED写入选择命令或者数据的宏定义，后面讲的oled_wr_byte函数用到。

/* 命令/数据 定义 */
#define OLED_CMD        0       /* 写命令 */
#define OLED_DATA       1       /* 写数据 */

       最后就是oled.c文件的驱动源码介绍。先是OLED(SSD1306)的初始化函数，其定义如下：

/**
 * @brief       初始化OLED(SSD1306)
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void oled_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  gpio_init_struct;
 
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
 
#if OLED_MODE==1         /* 使用8080并口模式 */
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_6;            /* PA4,6设置 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                      /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;    /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
 
    /* PB3,7,8,9,10设置 */
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8   |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio_init_struct);
 
    /* PC1,6~9,PC11设置 */
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8      |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_11;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &gpio_init_struct);
 
    /* PD3 设置 */
    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_3;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &gpio_init_struct);
 
    OLED_WR(1);
    OLED_RD(1);
 
#else               /* 使用4线SPI 串口模式 */
 
    gpio_init_struct.Pin=OLED_SPI_RST_PIN;
    gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;                /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull=GPIO_PULLUP;                          /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;       /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(OLED_SPI_RST_PORT,&gpio_init_struct);     /* RST引脚模式设置 */
 
    gpio_init_struct.Pin=OLED_SPI_CS_PIN;
    HAL_GPIO_Init(OLED_SPI_CS_PORT,&gpio_init_struct);      /* CS引脚模式设置 */
 
    gpio_init_struct.Pin=OLED_SPI_RS_PIN;
    HAL_GPIO_Init(OLED_SPI_RS_PORT,&gpio_init_struct);      /* RS引脚模式设置 */
 
    gpio_init_struct.Pin=OLED_SPI_SCLK_PIN;
    HAL_GPIO_Init(OLED_SPI_SCLK_PORT,&gpio_init_struct);    /* SCLK引脚模式设置 */
    
    gpio_init_struct.Pin=OLED_SPI_SDIN_PIN;
    HAL_GPIO_Init(OLED_SPI_SDIN_PORT,&gpio_init_struct);    /* SDIN引脚模式设置 */
    
    OLED_SDIN(1);
    OLED_SCLK(1);
#endif
    OLED_CS(1);
    OLED_RS(1);
 
    OLED_RST(0);
    delay_ms(100);
    OLED_RST(1);
 
    oled_wr_byte(0xAE, OLED_CMD);   /* 关闭显示 */
    oled_wr_byte(0xD5, OLED_CMD);   /* 设置时钟分频因子,震荡频率 */
    oled_wr_byte(80, OLED_CMD);      /* [3:0],分频因子;[7:4],震荡频率 */
    oled_wr_byte(0xA8, OLED_CMD);   /* 设置驱动路数 */
    oled_wr_byte(0X3F, OLED_CMD);   /* 默认0X3F(1/64) */
    oled_wr_byte(0xD3, OLED_CMD);   /* 设置显示偏移 */
    oled_wr_byte(0X00, OLED_CMD);   /* 默认为0 */
 
    oled_wr_byte(0x40, OLED_CMD);   /* 设置显示开始行 [5:0],行数. */
 
    oled_wr_byte(0x8D, OLED_CMD);   /* 电荷泵设置 */
    oled_wr_byte(0x14, OLED_CMD);   /* bit2，开启/关闭 */
oled_wr_byte(0x20, OLED_CMD);   /* 设置内存地址模式 */
/* [1:0],00，列地址模式;01，行地址模式;10,页地址模式;默认10; */
    oled_wr_byte(0x02, OLED_CMD);   
    oled_wr_byte(0xA1, OLED_CMD);   /* 段重定义设置,bit0:0,0->0;1,0->127; */
/* 设置COM扫描方向;bit3:0,普通模式;1,重定义模式 COM[N-1]->COM0;N:驱动路数 */   
    oled_wr_byte(0xC8, OLED_CMD);   
    oled_wr_byte(0xDA, OLED_CMD);   /* 设置COM硬件引脚配置 */
    oled_wr_byte(0x12, OLED_CMD);   /* [5:4]配置 */
 
    oled_wr_byte(0x81, OLED_CMD);   /* 对比度设置 */
    oled_wr_byte(0xEF, OLED_CMD);   /* 1~255;默认0X7F (亮度设置,越大越亮) */
    oled_wr_byte(0xD9, OLED_CMD);   /* 设置预充电周期 */
    oled_wr_byte(0xf1, OLED_CMD);   /* [3:0],PHASE 1;[7:4],PHASE 2; */
oled_wr_byte(0xDB, OLED_CMD);   /* 设置VCOMH 电压倍率 */
/* [6:4] 000,0.65*vcc;001,0.77*vcc;011,0.83*vcc; */
    oled_wr_byte(0x30, OLED_CMD);   
 
    oled_wr_byte(0xA4, OLED_CMD);   /* 全局显示开启;bit0:1,开启;0,关闭;(白屏/黑屏) */
    oled_wr_byte(0xA6, OLED_CMD);   /* 设置显示方式;bit0:1,反相显示;0,正常显示 */
    oled_wr_byte(0xAF, OLED_CMD);   /* 开启显示 */
    oled_clear();
}

       该函数的结构比较简单，开始是对GPIO口的初始化，这里我们用了宏定义OLED_MODE来决定要设置的IO口，后面的就是一些初始化序列了，我们按照厂家提供的资料来做就可以。值得注意一点的是，因为OLED是无背光的，在初始化之后，我们把显存都清空了，所以我们在屏幕上是看不到任何内容的，就像没通电一样，不要以为这就是初始化失败，要写入数据模块才会显示的。

       接着，要介绍的是oled_refresh_gram更新显存到OLED函数，该函数的作用是把我们在程序中定义的二维数组g_oled_gram的值一次性刷新到OLED的显存GRAM中。我们在oled.c文件开头定义了如下一个二维数组：

/*
 * OLED的显存
 * 每个字节表示8个像素, 128,表示有128列, 8表示有64行, 高位表示高行数.
 * 比如:g_oled_gram[0][0],包含了第一列,第1~8行的数据. g_oled_gram[0][0].0,即表示坐标(0,0)
 * 类似的: g_oled_gram[1][0].1,表示坐标(1,1), g_oled_gram[10][1].2,表示坐标(10,10),
 *
 * 存放格式如下(高位表示高行数).
 * [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
 */
static uint8_t g_oled_gram[128][8];

       该数组值与OLED显存GRAM值一一对应。在操作的时候我们只需要先修改该数组的值，然后再通过调用oled_refresh_gram函数把数组的值一次性刷新到OLED 的GRAM上即可。oled_refresh_gram函数定义如下：

/**
 * @brief        更新显存到OLED
 * @param        无
 * @retval       无
 */
void oled_refresh_gram(void)
{
    uint8_t i, n;
 
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        oled_wr_byte (0xb0 + i, OLED_CMD); /* 设置页地址（0~7） */
        oled_wr_byte (0x00, OLED_CMD);      /* 设置显示位置—列低地址 */
        oled_wr_byte (0x10, OLED_CMD);      /* 设置显示位置—列高地址 */
        for (n = 0; n < 128; n++)
        {
            oled_wr_byte(g_oled_gram[n][i], OLED_DATA);
        }
    }
}

       oled_refresh_gram函数先设置页地址，然后写入列地址（也就是纵坐标），然后从0开始写入128个字节，写满该页，最后循环把8页的内容都写入，就实现了整个从STM32显存到OLED显存的拷贝。

       oled_refresh_gram函数还调用了oled_wr_byte这个函数，也就是我们接着要介绍的函数：该函数和硬件相关，8080并口模式下该函数定义如下：

/**
 * @brief        向OLED写入一个字节
 * @param        data: 要输出的数据
 * @param        cmd: 数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据;
 * @retval       无
 */
static void oled_wr_byte(uint8_t data, uint8_t cmd)
{
    oled_data_out(data);
    OLED_RS(cmd);
    OLED_CS(0);
    OLED_WR(0);
    OLED_WR(1);
    OLED_CS(1);
    OLED_RS(1);
}

       8080并口模式下的oled_wr_byte函数还调用oled_data_out函数，其定义如下：

/**
 * @brief        通过拼凑的方法向OLED输出一个8位数据
 * @param        data: 要输出的数据
 * @retval       无
 */
static void oled_data_out(uint8_t data)
{
    uint16_t dat = data & 0X0F;
    GPIOC->ODR &= ~(0XF << 6);       /* 清空6~9 */
    GPIOC->ODR |= dat << 6;          /* D[3:0]-->PC[9:6] */
    
    GPIOC->ODR &= ~(0X1 << 11);      /* 清空11 */
    GPIOC->ODR |= ((data >> 4) & 0x01) << 11; /* D4 */
    
    GPIOD->ODR &= ~(0X1 << 3);                   /* 清空3 */
    GPIOD->ODR |= ((data >> 5) & 0x01) << 3;  /* D5 */
    
    GPIOB->ODR &= ~(0X3<<8);                     /* 清空8,9 */
    GPIOB->ODR |= ((data >> 6) & 0x01) << 8;  /* D6 */
    GPIOB->ODR |= ((data >> 7) & 0x01) << 9;  /* D7 */
}

       oled_data_out函数的处理方法，就是我们前面说的，因为OLED的D0~D7不是接的连续IO，所以必须将数据，拆分到各个IO，以实现一次完整的数据传输，该函数就是根据我们OLED_D[7:0]具体连接的IO，对数据进行拆分，然后输出给对应位的各个IO，实现并口数据输出。这种方式会降低并口速度，但是我们OLED模块，是单色的，数据量不是很大，所以这种方式也不会造成视觉上的影响，大家可以放心使用，但是如果是TFTLCD，就不推荐了。

       SPI模式下该函数定义如下：

/**
 * @brief        向OLED写入一个字节
 * @param        data: 要输出的数据
 * @param        cmd: 数据/命令标志 0,表示命令;1,表示数据;
 * @retval       无
 */
static void oled_wr_byte(uint8_t data, uint8_t cmd)
{
    uint8_t i;
    OLED_RS(cmd);   /* 写命令 */
    OLED_CS(0);
 
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_SCLK(0);
 
        if (data & 0x80)
        {
            OLED_SDIN(1);
        }
        else 
        {
            OLED_SDIN(0);
        }
        OLED_SCLK(1);
        data <<= 1;
    }
 
    OLED_CS(1);
    OLED_RS(1);
}

       两种模式下的oled_wr_byte函数形参是一样的。第一个形参data就是要写的内容。第二个形参cmd是通过选用OLED_CMD和OLED_DATA两个宏定义的其中一个，控制选择写命令还是写数据。两种模式下的oled_wr_byte函数的时序操作就是根据上面我们对8080接口以及4线SPI接口的时序来编写的。

       g_oled_gram [128][8]二维数组中的128代表列数（x坐标），而8代表的是页，每页又包含8行，总共64行（y坐标），从高到低对应行数从小到大，如表22.3.2.1所示：

表22.3.2.1 OLED_GRAM和OLED屏坐标对应关系

       上表中G代表OLED_GRAM，G[0][0]就表示OLED_GRAM[0][0]。比如，我们要在x=3，y=9这个点写入1，则可以用这个句子实现：

OLED_GRAM[3][1]|=1<<1；

       一个通用的在点（x，y）置1表达式为：

OLED_GRAM[x][y/8]|=1<<(y%8)；

       其中x的范围为：0~127；y的范围为：0~63。

       因此，我们可以得出接下来介绍的这个比较重要的函数：OLED画点函数，其定义如下：

/**
 * @brief       OLED画点
 * @param       x  : 0~127
 * @param       y  : 0~63
 * @param       dot: 1 填充 0,清空
 * @retval      无
 */ 
void oled_draw_point(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t dot)
{
    uint8_t pos, bx, temp = 0;
 
    if (x > 127 || y > 63) return;  /* 超出范围了 */ 
    
    pos = y / 8;     /* 计算GRAM里面的y坐标所在的字节, 每个字节可以存储8个行坐标 */
    
    bx = y % 8;  /* 取余数,方便计算y在对应字节里面的位置,及行(y)位置 */
    temp = 1 << bx;  /* 高位表示高行号, 得到y对应的bit位置,将该bit先置1 */
 
    if (dot)    /* 画实心点 */
    {
        g_oled_gram[x][pos] |= temp;
    }
    else        /* 画空点,即不显示 */
    {
        g_oled_gram[x][pos] &= ~temp;
    }
}

       该函数有3个形参，前两个是横纵坐标，第三个为要写入1还是0。该函数实现了我们在OLED模块上任意位置画点的功能。

       前面我们知道取模方式是：从上到下，从左到右，高位在前。下面根据取模的方式来编写显示字符oled_show_char函数，其定义如下：

/**
 * @brief       在指定位置显示一个字符,包括部分字符
 * @param       x   : 0~127
 * @param       y   : 0~63
 * @param       size: 选择字体 12/16/24
 * @param       mode: 0,反白显示;1,正常显示
 * @retval      无
 */ 
void oled_show_char(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t chr,uint8_t size,uint8_t mode)
{
    uint8_t temp, t, t1;
    uint8_t y0 = y;
uint8_t *pfont = 0;
/* 得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数 */
    uint8_t csize = (size / 8 + ((size % 8) ? 1 : 0)) * (size / 2); 
    chr = chr - ' ';      /* 得到偏移后的值,因为字库是从空格开始存储的,第一个字符是空格 */
 
    if (size == 12)       /* 调用1206字体 */
    {
        pfont = (uint8_t *)oled_asc2_1206[chr];        
    }
    else if (size == 16) /* 调用1608字体 */ 
    {
        pfont = (uint8_t *)oled_asc2_1608[chr];
    }
    else if (size == 24) /* 调用2412字体 */
    {
        pfont = (uint8_t *)oled_asc2_2412[chr];
    }
    else                    /* 没有的字库 */
    {
        return;   
    }
    
    for (t = 0; t < csize; t++)
    { 
        temp = pfont[t];
        for (t1 = 0; t1 < 8; t1++)
        {
            if (temp & 0x80)oled_draw_point(x, y, mode);
            else oled_draw_point(x, y, !mode);
 
            temp <<= 1;
            y++;
 
            if ((y - y0) == size)
            {
                y = y0;
                x++;
                break;
            }
        }
    }
}

       该函数为字符以及字符串显示的核心部分，函数中chr = chr - ' ';这句是要得到在字符点阵数据里面的实际地址，因为我们的取模是从空格键开始的，例如oled_asc2_1206 [0][0]，代表的是空格符开始的点阵码。在接下来的代码，我们也是按照从上到小(先y++)，从左到右（再x++）的取模方式来编写的，先得到最高位，然后判断是写1还是0，画点；接着读第二位，如此循环，直到一个字符的点阵全部取完为止。这其中涉及到列地址和行地址的自增，根据取模方式来理解，就不难了。

       oled.c的内容比较多，其它的函数请大家自行理解，下面开始main.c文件的介绍。

       2. main.c代码

       在main.c里面编写如下代码：

int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
 
    HAL_Init();                                            /* HAL库初始化 */
    HAL_ICACHE_Enable();                               /* 使能指令缓存 */
    sys_stm32_clock_init(250, 4, 2, 2);             /* 系统时钟初始化, 250Mhz */
    delay_init(250);                                     /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                                  /* 串口初始化 */
    led_init();                                            /* LED初始化 */
    oled_init();                                          /* OLED初始化 */
    oled_show_string(0, 0, "ALIENTEK", 24);
    oled_show_string(0, 24, "0.96' OLED TEST", 16);
    oled_show_string(0, 40, "ATOM 2020/3/22", 12);
    oled_show_string(0, 52, "ASCII:", 12);
    oled_show_string(64, 52, "CODE:", 12);
    oled_refresh_gram();                              /* 更新显示到OLED */
    t = ' ';
    while (1)
    {
        oled_show_char(36, 52, t, 12, 1);           /* 显示ASCII字符 */
        oled_show_num(94, 52, t, 3, 12);             /* 显示ASCII字符的码值 */
        oled_refresh_gram();                          /* 更新显示到OLED */
        t++;
        if (t > '~')t = ' ';
        delay_ms(500);
        LED0_TOGGLE();                                  /* LED0闪烁 */
    }
}

       main.c主要功能就是在OLED上显示一些实验信息字符，然后开始从空格键开始不停的循环显示ASCII字符集，并显示该字符的ASCII值。最后LED0闪烁提示程序正在运行。

        22.4 下载验证

       下载代码后，LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。同时OLED模块显示ASCII字符集等信息，如图22.4.1所示： 

图22.4.1 OLED显示效果

       OLED显示了三种尺寸的字符：24*12（ALIENTEK）、16*8（0.96’ OLED TEST）和12*6（剩下的内容）。说明我们的实验是成功的，实现了三种不同尺寸ASCII字符的显示，在最后一行不停的显示ASCII字符以及其码值。

       通过这一章的学习，我们学会了ALIENTEK OLED模块的使用，在调试代码的时候，又多了一种显示信息的途径，在以后的程序编写中，大家可以好好利用。