【基于STM32的OLED显示：实现动态图形】

        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 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。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：目前市面上常用的0.96寸OLED屏幕通讯方式主要有SPI和I2C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 和时钟 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、结束信号和应答信号。
        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。