【强烈推荐】基于stm32的OLED各种显示实现(含动态图)

        前言:OLED模块作为人们日常生活中常见屏幕类型之一,使用的受众面非常广阔。例如:显示各个传感器数值显示精美界面多级化菜单系统等等都不离不开他的身影。可以说学会OLED模块是嵌入式开发必须掌握的驱动开发技能之一,同时,也是嵌入式开发调试配置的重要手段与技巧!(文章结尾会有代码开源

        实验硬件:STM32F103C8T6;0.96寸OLED

一、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 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。市场上常见OLED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 5 种接口包括:6800、8080 两种并行接口方式、3线或 4 线的穿行 SPI 接口方式,、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。

        特别注意,市面上有部分的OLED屏幕不可以直接接5.0v电压,否则可能烧坏!

        总结:目前市面上常用0.96寸OLED屏幕通讯方式主要有SPII2C两种!SPI为4线制较多,而I2C为2线制。2种通讯协议较为浅显的区别:总所周知,SPI的通讯速度明显快于I2C的通讯速度,所以通常使用SPI通讯协议的OLED屏幕可以实现更高的帧数显示,画面更为流畅丝滑

        当然,OLED屏幕显示的帧数高低不仅取决于通讯协议的不同,DMA (直接存储器访问)的使用也可以大幅提升OLED显示帧数。这一点笔者会在之后一篇博客文章专门介绍,有兴趣的读者可以关注一下!

二、I2C通讯

        本次实验所采用的0.96寸OLED屏幕为I2C通讯方式,故在此稍微给读者介绍一下I2C通讯原理。

        IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 时钟 SCL 构成的串行总线,可发送和接收数据。在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送,高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上
        I2C 总线在传送数据过程中共有
三种类型信号, 它们分别是:开始信号结束信号应答信号
        开始信号:SCL 为高电平时,SDA 由高电平向低电平跳变,开始传送数据。
        结束信号:SCL 为高电平时,SDA 由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
        应答信号:接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后,向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲,
        表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU 接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障

        这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要。

        目前大部分 MCU 都带有 IIC 总线接口,STM32 也不例外。但是这里我们不使用 STM32的硬件 IIC ,而是通过软件模拟。STM32 的硬件 IIC 非常复杂,更重要的是不稳定,故不推荐使用。所以我们这里就通过模拟来实现了。

        本文的主要目的是为实现OLED各种显示(含动态),I2C的通讯原理只给大家稍微科普梳理一下。如果有需要进一步了解的读者,可以移步笔者的其他文章进行详细学习。

三、CubexMX配置

        为了缩短开发周期和方便后续讲解,这里使用HAL库编程。这部分的Cubex配置较为简单,具体过程如下:

        1、SYS配置:Debug选择Serial Wire(否则芯片可能自锁)

        2、RCC配置:选择外部高速晶振

         3、I2C配置:选择I2C2,Parameter Settings为默认即可

         4、时钟树配置:

 四、代码实现与实验效果

4.1 OLED基础的初始化

        oled.c中的代码:

#include "oled.h"
#include "asc.h"    //字库(可以自己制作)
#include "main.h"

void WriteCmd(unsigned char I2C_Command) //写命令利用I2C通讯
 {
	HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,OLED0561_ADD,COM,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&I2C_Command,1,100);
 }
		
void WriteDat(unsigned char I2C_Data)    //写数据利用I2C通讯
 {
		HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,OLED0561_ADD,DAT,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&I2C_Data,1,100);
  }

void OLED_Init(void)
{
	HAL_Delay(100); //这里的延时很重要
	
	WriteCmd(0xAE); //display off
	WriteCmd(0x20);	//Set Memory Addressing Mode	
	WriteCmd(0x10);	//00,Horizontal Addressing Mode;01,Vertical Addressing Mode;10,Page Addressing Mode (RESET);11,Invalid
	WriteCmd(0xb0);	//Set Page Start Address for Page Addressing Mode,0-7
	WriteCmd(0xc8);	//Set COM Output Scan Direction
	WriteCmd(0x00); //---set low column address
	WriteCmd(0x10); //---set high column address
	WriteCmd(0x40); //--set start line address
	WriteCmd(0x81); //--set contrast control register
	WriteCmd(0xff); //亮度调节 0x00~0xff
	WriteCmd(0xa1); //--set segment re-map 0 to 127
	WriteCmd(0xa6); //--set normal display
	WriteCmd(0xa8); //--set multiplex ratio(1 to 64)
	WriteCmd(0x3F); //
	WriteCmd(0xa4); //0xa4,Output follows RAM content;0xa5,Output ignores RAM content
	WriteCmd(0xd3); //-set display offset
	WriteCmd(0x00); //-not offset
	WriteCmd(0xd5); //--set display clock divide ratio/oscillator frequency
	WriteCmd(0xf0); //--set divide ratio
	WriteCmd(0xd9); //--set pre-charge period
	WriteCmd(0x22); //
	WriteCmd(0xda); //--set com pins hardware configuration
	WriteCmd(0x12);
	WriteCmd(0xdb); //--set vcomh
	WriteCmd(0x20); //0x20,0.77xVcc
	WriteCmd(0x8d); //--set DC-DC enable
	WriteCmd(0x14); //
	WriteCmd(0xaf); //--turn on oled panel
}

void OLED_SetPos(unsigned char x, unsigned char y) //设置起始点坐标
{ 
	WriteCmd(0xb0+y);
	WriteCmd(((x&0xf0)>>4)|0x10);
	WriteCmd((x&0x0f)|0x01);
}

void OLED_Fill(unsigned char fill_Data)//全屏填充
{
	unsigned char m,n;
	for(m=0;m<8;m++)
	{
		WriteCmd(0xb0+m);		//page0-page1
		WriteCmd(0x00);		//low column start address
		WriteCmd(0x10);		//high column start address
		for(n=0;n<128;n++)
			{
				WriteDat(fill_Data);
			}
	}
}


void OLED_CLS(void)//清屏
{
	OLED_Fill(0x00);
}

void OLED_ON(void)
{
	WriteCmd(0X8D);  //设置电荷泵
	WriteCmd(0X14);  //开启电荷泵
	WriteCmd(0XAF);  //OLED唤醒
}

void OLED_OFF(void)
{
	WriteCmd(0X8D);  //设置电荷泵
	WriteCmd(0X10);  //关闭电荷泵
	WriteCmd(0XAE);  //OLED休眠
}

        以上代码都是OLED初始化等必不可少的基础函数,目的在于配置和方便以后使用OLED。用户可以直接移植使用,注意笔者这里是选用了I2C2接口

4.2 OLED各种显示API函数

        其实从本质上来说OLED等一众屏幕显示都是基于每个像素点的点亮,这里的像素点就可以等效于一个极小的LED灯(当然,LED可以是单色的,也可以是基于三原色的RGB灯),我们利用取模工具将我们表现得汉字,字符串,图片,动画等做成字库,进而利用字库去点亮规定好得LED灯及像素点,即可完成OLED得显示目的。

4.2.1 显示字符串

        字符串的显示是在字符显示基础上实现的,是OLED显示中常见的API函数之一。

// Parameters     : x,y -- 起始点坐标(x:0~127, y:0~7); ch[] -- 要显示的字符串; TextSize -- 字符大小(1:6*8 ; 2:8*16)
// Description    : 显示codetab.h中的ASCII字符,有6*8和8*16可选择
void OLED_ShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char ch[], unsigned char TextSize)
{
	unsigned char c = 0,i = 0,j = 0;
	switch(TextSize)
	{
		case 1:
		{
			while(ch[j] != '\0')
			{
				c = ch[j] - 32;
				if(x > 126)
				{
					x = 0;
					y++;
				}
				OLED_SetPos(x,y);
				for(i=0;i<6;i++)
					WriteDat(F6x8[c][i]);
				x += 6;
				j++;
			}
		}break;
		case 2:
		{
			while(ch[j] != '\0')
			{
				c = ch[j] - 32;
				if(x > 120)
				{
					x = 0;
					y++;
				}
				OLED_SetPos(x,y);
				for(i=0;i<8;i++)
					WriteDat(F8X16[c*16+i]);
				OLED_SetPos(x,y+1);
				for(i=0;i<8;i++)
					WriteDat(F8X16[c*16+i+8]);
				x += 8;
				j++;
			}
		}break;
	}
}

        main代码:

OLED_ShowStr(20,3,"hello world",2);

        显示效果:

4.2.2 显示汉字

        汉字显示也是我们实际工程运用中非常常见的一种显示要求,这里我们通常会用运用到取模工具

        笔者选用了PCtoLCD2002完美版,取模过程如下:

        注意:读者使用的取模设置方式一定要和程序所写画点的方式对应起来,否则可能会出现乱码现象。

        单个汉字显示的API函数:

// Parameters     : x,y -- 起始点坐标(x:0~127, y:0~7); N:汉字在.h中的索引
// Description    : 显示ASCII_8x16.h中的汉字,16*16点阵
void OLED_ShowCN(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char N)
{
	unsigned char wm=0;
	unsigned int  adder=32*N;
	OLED_SetPos(x , y);
	for(wm = 0;wm < 16;wm++)
	{
		WriteDat(F16x16[adder]);
		adder += 1;
	}
	OLED_SetPos(x,y + 1);
	for(wm = 0;wm < 16;wm++)
	{
		WriteDat(F16x16[adder]);
		adder += 1;
	}
}

        汉字串显示的API函数:

// 这是自己写的显示中文字符串的函数,要先把中文字符串“共阴——列行式——逆向输出”取字模后存入asc.h相应的位置(连续存入)
//传入参数分别为:x:起始横坐标  
//								y:纵坐标(填入0-7)  
//								begin:填入的中文字符串的第一个字在我们asc.c字库里面的序号  
//                num:我们要填写几个字
//                比如要填“测试”,取完字模存入后这两个字在字库中序号为0,1,横坐标0,纵坐标第二行,就填:x:0,y:2,begin:0,num:2
void OLED_ShowCN_STR(u8 x , u8 y , u8 begin , u8 num)
{
	u8 i;
	for(i=0;i<num;i++){OLED_ShowCN(i*16+x,y,i+begin);}    //OLED显示标题
}

        main代码:

	OLED_ShowCN_STR(10,3,0,7);

        显示效果:

 4.2.3 显示图片

        这里的图片可以是PCtoLCD2002完美版软件下的灵魂画师模式,也可以是将图片转换为变成单色(黑与白)——数组形式,而且大小应该在128*64内。

        灵魂画师:

         本次重点讲解如何把读者所需要的图片显示到OLED上,使用的软件为Img2Lcd2.9

        打开Img2Lcd2.9软件后如下进行设置,之后点击保存,可以得到一个大数组

        样例图片(分辨率50*59):

unsigned char BMP1[] = { 0X32,0X01,0X00,0X3B,0X00,0X3B,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X80,0XF8,
0XFC,0X78,0X70,0X30,0X00,0X08,0X00,0X04,0X04,0X04,0X04,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X80,0XC8,0XC8,0XE8,0XF0,0XF0,0XF0,0X00,0X20,0X40,0X40,
0X80,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X60,0X10,0X0C,0X02,0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X70,0X00,0X00,0X00,0X80,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X01,0X01,0X03,0X03,0X07,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X01,0X06,0X08,0X30,
0XC0,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X18,0X13,0X10,
0X08,0X0C,0X0E,0X20,0X00,0X10,0X10,0X08,0X04,0X06,0X01,0X20,0X20,0X10,0X08,0X04,
0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,0X01,0X06,0X18,0X20,0X60,0X78,0X00,0X00,0X00,0X40,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X7E,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X7F,0X80,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X07,0X07,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X0C,0X1C,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X02,0X01,0X01,
0X42,0X7C,0X00,0X80,0X20,0X10,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X01,0X06,0X04,0X08,0X10,0X30,0X20,
0X20,0X40,0X41,0XC0,0XC0,0X80,0X81,0X81,0X80,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X20,0X20,0X18,0X08,0X04,0X00,0X00,0X0C,0X04,0X02,0X01,0X03,0X03,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X80,0XC0,0X40,0X60,0X20,0X10,0X10,0X08,0X04,0X04,0X02,0X02,0X02,0X01,0X03,0X03,
0X02,0X03,0X03,0X02,0X02,0X04,0X04,0X0C,0X08,0X10,0X30,0X20,0X40,0X80,0X80,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X40,0X70,0XFC,0XF0,0X60,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X10,0X08,0X04,0X02,0X03,0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X01,0X03,0X06,0X08,0X30,0X60,0XC0,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X80,0XC0,0X61,0X3F,0X0C,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,
0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X01,0X01,
0X01,0X01,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,};

        注意:Img2Lcd2.9可以处理的图片类型有限如果大家图片不能被打开处理,可能是图片类型不对,可以借助PNG转JPG – 在线转换图像文件 (aconvert.com)进行处理转换。

        显示图片的API函数:

// Parameters     : x0,y0 -- 起始点坐标(x0:0~127, y0:0~7); x1,y1 -- 起点对角线(结束点)的坐标(x1:1~128,y1:1~8)
// Description    : 显示BMP位图
void OLED_DrawBMP(unsigned char x0,unsigned char y0,unsigned char x1,unsigned char y1,unsigned char BMP[])
{
	unsigned int j=0;
	unsigned char x,y;

  if(y1%8==0)
		y = y1/8;
  else
		y = y1/8 + 1;
	for(y=y0;y<y1;y++)
	{
		OLED_SetPos(x0,y);
    for(x=x0;x<x1;x++)
		{
			WriteDat(BMP[j++]);
		}
	}
}

        main函数代码:

		OLED_DrawBMP(30,0,89,8,BMP1);

        特别说明:值得注意的是函数的第一个(30)和第三个参数(89),起始列地址和终止列地址,如果和图片的分辨率对不上,那就会显示出来一坨散沙,看不出样子。(89-30=59)

        显示效果:

  4.2.3 显示动态图片

        一般情况下GIF动态图片的大小都是不满足在OLED显示的,所以需要进行大小亦或是帧数变化操作。这里读者推荐使用:GiFResizerChs

        处理过程如下:

         之后采用GIF动态图片分批处理软件进行每张图片的提取,笔者这里使用的是:zhs9

        批量提取后的图片:

        之后就是反复枯燥的取模过程了,这里就给大家省略了。

        GIF动态图片显示API函数:

/*
	@brief			显示动图
	@param			x0:起始列地址
				y0:起始页地址
				x1:终止列地址
				y1:终止页地址
				k: 帧个数
				m: 单帧数组大小
				BMP[][m]:存放动图代码的数组
	@retval			无
 */
void OLED_DrawGIF(unsigned char x0, unsigned char y0,unsigned char x1, unsigned char y1, unsigned char k, int m, unsigned char GIF[][m])
{
	unsigned int j=0; //定义变量
 	unsigned char x,y,i; //定义变量
  
 	if(y1%8==0) y=y1/8;   //判断终止页是否为8的整数倍
 	 else y=y1/8+1;
	for (i=0;i<k;i++) //从第一帧开始画
	{
		j = 0;
		for(y=y0;y<y1;y++) //从起始页开始,画到终止页
		{
			OLED_SetPos(x0,y); //在页的起始列开始画
   			
			for(x=x0;x<x1;x++) //画x1 - x0 列
	    		{
						
	    			WriteDat(GIF[i][j++]);	//画图片的点    	
	    		}
		}
		//delay_ms(80);//人为制造卡顿???

	}
}

         main函数:

		OLED_DrawGIF(30,2,78,8,12,294,BMP2);			

        这里取模的帧数过程笔者偷懒了,取模实在太烦了,所以就少取了很多帧数的模。如果诸位有批量取模的软件请务必告知,感谢!

        显示效果:

OLED动态火苗

 代码开源:

        源码地址:链接:https://pan.baidu.com/s/1nDVko8Iux71b2lnenUKy9g 提取码:83bi

        如果读者对笔者文章所述的开发软件有需要的可以私聊笔者,笔者可以提供,这里就仅提供源码了

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