STM32F103系列 OLED 屏幕（SSD1306/SSD1315）驱动程序：SPI + DMA 高速刷新

STM32F103系列_OLED屏幕（SSD1306、SSD1315驱动）SPI驱动【DMA】（高刷）

一、SSD1306和SSD1315

分辨率都是128*64，电压都在3.3V最佳，这两者可互相替代，但价格上SSD1315会比SSD1306便宜，毕竟用的人少。

二、电路原理图（SPI接法）

为了提高屏幕的刷新速度（帧率），SPI接法远远优于IIC接法。
电路图如下：

其中：

1. 电源为3.3V显示效果最佳。
2. 电阻电容封装建议大于等于0402。

这里OLED的四条SPI信号线，直接对接在STM32对应的SPI接口上。

本龙使用的芯片是最廉价的STM32F103C6T6A，接到了其SPI1接口上。

其中：

1. 这四条SPI信号线建议越短越好，并尽量避免过多的绕线，即从OLED屏幕引脚到STM32芯片的距离尽量要短，以减小周围信号对SPI信号线的干扰，避免屏幕显示异常。
2. SPI的四条信号线建议间距为7~10mil，并排一起走。
3. SPI的四条信号线与其他信号的距离建议≥20mil。

三、STM32_SPI

作者@Swiler的文章《STM32之SPI详细解析》讲的很好，可以参考一下。

四、STM32_DMA

作者@Z小旋的文章《【STM32】 DMA原理，步骤超细详解，一文看懂DMA》讲的很好，可以参考一下。

五、代码

OLED.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "OLED_Library.h"

// OLED屏幕ISP接口初始化
void OLED_IO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);            //初始化PA5(SCL),PA7(SDA)

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);            //初始化PA4(RST),PA6(DC)

    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7); // PA5 and PA7上拉

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;           //设置SPI单线只发送
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;                       //主SPI
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;                   // SPI 发送接收8位帧结构
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;                          //串行同步时钟的空闲状态为低电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;                        //第1个跳变沿数据被采样
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;                           // NSS主机片选信号(CS)由软件控制
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16; //预分频 16

    // SPI 速度设置函数（调整传输速度快慢 只有4个分频可选）
    // SPI_BaudRatePrescaler_2 2 分频 (SPI 36M@sys 72M)
    // SPI_BaudRatePrescaler_8 8 分频 (SPI 9M@sys 72M)
    // SPI_BaudRatePrescaler_16 16 分频 (SPI 4.5M@sys 72M)
    // SPI_BaudRatePrescaler_256 256 分频 (SPI 281.25K@sys 72M)

    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从 MSB 高位开始 低位为LSB
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;           // CRC 值计算的多项式
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);                //根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器
    SPI1->CR2 = 1 << 1;                                //允许DMA往缓冲区内发送

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能 SPI 外设
};

uint8_t OLED_SRAM[8][128]; //图像储存在SRAM里

void OLED_DMA_Init(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); //使能 DMA 时钟
    DMA_DeInit(DMA1_Channel3);

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&SPI1->DR;              // DMA 外设 ADC 基地址
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)OLED_SRAM;                  // DMA 内存基地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;                      //从储存器读取发送到外设
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1024;                                // DMA 通道的 DMA 缓存的大小
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;        //外设地址不变
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;                 //内存地址递增
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; // 8 位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;         // 8 位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                         //工作在循环传输模式
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;                   // DMA 通道 x 拥有中优先级
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;                            //非内存到内存传输
    DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure);                            //根据指定的参数初始化

    // DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE); //不使能DMA1 CH3所指示的通道
    DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); //使能DMA1 CH3所指示的通道
}

void OLED_SendCmd(u8 TxData) //发送命令
{
    OLED_DC_CMD(); //命令模式

    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的 SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
    {
        for (u8 retry = 0; retry < 200; retry++)
            ;
        return;
    }

    Delay_ms(100);

    SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设 SPIx 发送一个数据

    OLED_DC_DAT(); //数据模式
}

// OLED初始化函数
void OLED_Init(void)
{
    OLED_IO_Init(); //端口初始化

    Delay_s(1); //延时1秒稳定端口状态

    OLED_RST_OFF(); // OLED复位
    Delay_ms(10);   //复位延时
    OLED_RST_ON();  //结束复位

    OLED_SendCmd(0xae); //关闭显示

    OLED_SendCmd(0xd5); //设置时钟分频因子,震荡频率
    OLED_SendCmd(0x80); //[3:0],分频因子;[7:4],震荡频率

    OLED_SendCmd(0x81); //设置对比度
    OLED_SendCmd(0x7f); // 128

    OLED_SendCmd(0x8d); //设置电荷泵开关
    OLED_SendCmd(0x14); //开

    OLED_SendCmd(0x20); //设置模式
    OLED_SendCmd(0x00); //设置为水平地址模式

    OLED_SendCmd(0x21); //设置列地址的起始和结束的位置
    OLED_SendCmd(0x00); // 0
    OLED_SendCmd(0x7f); // 127

    OLED_SendCmd(0x22); //设置页地址的起始和结束的位置
    OLED_SendCmd(0x00); // 0
    OLED_SendCmd(0x07); // 7

    OLED_SendCmd(0xc8); // 0xc9上下反置 0xc8正常
    OLED_SendCmd(0xa1); // 0xa0左右反置 0xa1正常

    OLED_SendCmd(0xa4); //全局显示开启;0xa4正常,0xa5无视命令点亮全屏
    OLED_SendCmd(0xa6); //设置显示方式;bit0:1,反相显示;0,正常显示

    OLED_SendCmd(0xaf); //开启显示
    OLED_SendCmd(0x56);

    OLED_DMA_Init(); // DMA初始化
}

//指定位置显示单字符，X+Y+单字符
void OLED_Write(u8 x, u8 y, u8 *ascii)
{
    u8 i = 0, c = *ascii;

    for (i = 0; i < 6; i++)
        OLED_SRAM[y][x + i] = YIN_F6X8[(c - 32) * 6 + 1 + i];
}

//清屏--全灭
void OLED_Clear(void)
{
    for (u8 y = 0; y < 7; y++)
        for (u8 x = 0; x < 126; x += 6)
            OLED_ZFC(x, y, " ");
}

char OLED_zfc[] = {0}; //字符转化为字符串储存于此数组

//显示多个字符，x+y+字符串
void OLED_ZFC(u8 x, u8 y, u8 *chr)
{
    u8 j = 0;

    while (chr[j] != '\0')
    {
        u8 c = chr[j];

        for (u8 i = 0; i < 6; i++)
            OLED_SRAM[y][x + i] = YIN_F6X8[(c - 32) * 6 + 1 + i];

        x += 6;

        if (x > 120)//自动换行
        {
            x = 0;
            y++;
        }

        j++;
    }
}

OLED.h

#ifndef __OLED_H
#define __OLED_H

#include "stm32f10x.h"

#pragma diag_suppress 167, 940 //消除格式警告
extern char OLED_zfc[]; //字符转化为字符串储存于此数组

#define OLED_SCL_CLR() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5) //时钟
#define OLED_SCL_SET() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)

#define OLED_SDA_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7) // MOSI主设备输出
#define OLED_SDA_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7)

#define OLED_RST_OFF() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4) //接低电平复位
#define OLED_RST_ON() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)

#define OLED_DC_CMD() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6) //模式
#define OLED_DC_DAT() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6)

void OLED_IO_Init(void);                   // GPIO和SPI初始化
void OLED_Write(u8 lie, u8 ye, u8 *ascii); //写入ASCII文字
void OLED_SendCmd(u8 TxData);              //发送命令

void OLED_Clear(void);
void OLED_ZFC(u8 x, u8 y, u8 *chr);

void OLED_Init(void);     // OLED初始化
void OLED_DMA_Init(void); // DMA初始化

#endif

OLED_Library.h

#ifndef __OLED_LIBRARY_H
#define __OLED_LIBRARY_H

const u8 YIN_F6X8[] =
    {
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // sp
        0x00, 0x00, 0x00, 0x2f, 0x00, 0x00, // !
        0x00, 0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00, // "
        0x00, 0x14, 0x7f, 0x14, 0x7f, 0x14, // #
        0x00, 0x24, 0x2a, 0x7f, 0x2a, 0x12, // $
        0x00, 0x62, 0x64, 0x08, 0x13, 0x23, // %
        0x00, 0x36, 0x49, 0x55, 0x22, 0x50, // &
        0x00, 0x00, 0x05, 0x03, 0x00, 0x00, // '
        0x00, 0x00, 0x1c, 0x22, 0x41, 0x00, // (
        0x00, 0x00, 0x41, 0x22, 0x1c, 0x00, // )
        0x00, 0x14, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x14, // *
        0x00, 0x08, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x08, // +
        0x00, 0x00, 0x00, 0xA0, 0x60, 0x00, // ,
        0x00, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, // -
        0x00, 0x00, 0x60, 0x60, 0x00, 0x00, // .
        0x00, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, // /
        0x00, 0x3E, 0x51, 0x49, 0x45, 0x3E, // 0
        0x00, 0x00, 0x42, 0x7F, 0x40, 0x00, // 1
        0x00, 0x42, 0x61, 0x51, 0x49, 0x46, // 2
        0x00, 0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31, // 3
        0x00, 0x18, 0x14, 0x12, 0x7F, 0x10, // 4
        0x00, 0x27, 0x45, 0x45, 0x45, 0x39, // 5
        0x00, 0x3C, 0x4A, 0x49, 0x49, 0x30, // 6
        0x00, 0x01, 0x71, 0x09, 0x05, 0x03, // 7
        0x00, 0x36, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36, // 8
        0x00, 0x06, 0x49, 0x49, 0x29, 0x1E, // 9
        0x00, 0x00, 0x36, 0x36, 0x00, 0x00, // :
        0x00, 0x00, 0x56, 0x36, 0x00, 0x00, // ;
        0x00, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41, 0x00, // <
        0x00, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, // =
        0x00, 0x00, 0x41, 0x22, 0x14, 0x08, // >
        0x00, 0x02, 0x01, 0x51, 0x09, 0x06, // ?
        0x00, 0x32, 0x49, 0x59, 0x51, 0x3E, // @
        0x00, 0x7C, 0x12, 0x11, 0x12, 0x7C, // A
        0x00, 0x7F, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36, // B
        0x00, 0x3E, 0x41, 0x41, 0x41, 0x22, // C
        0x00, 0x7F, 0x41, 0x41, 0x22, 0x1C, // D
        0x00, 0x7F, 0x49, 0x49, 0x49, 0x41, // E
        0x00, 0x7F, 0x09, 0x09, 0x09, 0x01, // F
        0x00, 0x3E, 0x41, 0x49, 0x49, 0x7A, // G
        0x00, 0x7F, 0x08, 0x08, 0x08, 0x7F, // H
        0x00, 0x00, 0x41, 0x7F, 0x41, 0x00, // I
        0x00, 0x20, 0x40, 0x41, 0x3F, 0x01, // J
        0x00, 0x7F, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41, // K
        0x00, 0x7F, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40, // L
        0x00, 0x7F, 0x02, 0x0C, 0x02, 0x7F, // M
        0x00, 0x7F, 0x04, 0x08, 0x10, 0x7F, // N
        0x00, 0x3E, 0x41, 0x41, 0x41, 0x3E, // O
        0x00, 0x7F, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06, // P
        0x00, 0x3E, 0x41, 0x51, 0x21, 0x5E, // Q
        0x00, 0x7F, 0x09, 0x19, 0x29, 0x46, // R
        0x00, 0x46, 0x49, 0x49, 0x49, 0x31, // S
        0x00, 0x01, 0x01, 0x7F, 0x01, 0x01, // T
        0x00, 0x3F, 0x40, 0x40, 0x40, 0x3F, // U
        0x00, 0x1F, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1F, // V
        0x00, 0x3F, 0x40, 0x38, 0x40, 0x3F, // W
        0x00, 0x63, 0x14, 0x08, 0x14, 0x63, // X
        0x00, 0x07, 0x08, 0x70, 0x08, 0x07, // Y
        0x00, 0x61, 0x51, 0x49, 0x45, 0x43, // Z
        0x00, 0x00, 0x7F, 0x41, 0x41, 0x00, // [
        0x00, 0x55, 0x2A, 0x55, 0x2A, 0x55, // 55
        0x00, 0x00, 0x41, 0x41, 0x7F, 0x00, // ]
        0x00, 0x04, 0x02, 0x01, 0x02, 0x04, // ^
        0x00, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40, // _
        0x00, 0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x00, // '
        0x00, 0x20, 0x54, 0x54, 0x54, 0x78, // a
        0x00, 0x7F, 0x48, 0x44, 0x44, 0x38, // b
        0x00, 0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x20, // c
        0x00, 0x38, 0x44, 0x44, 0x48, 0x7F, // d
        0x00, 0x38, 0x54, 0x54, 0x54, 0x18, // e
        0x00, 0x08, 0x7E, 0x09, 0x01, 0x02, // f
        0x00, 0x18, 0xA4, 0xA4, 0xA4, 0x7C, // g
        0x00, 0x7F, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78, // h
        0x00, 0x00, 0x44, 0x7D, 0x40, 0x00, // i
        0x00, 0x40, 0x80, 0x84, 0x7D, 0x00, // j
        0x00, 0x7F, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, // k
        0x00, 0x00, 0x41, 0x7F, 0x40, 0x00, // l
        0x00, 0x7C, 0x04, 0x18, 0x04, 0x78, // m
        0x00, 0x7C, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78, // n
        0x00, 0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x38, // o
        0x00, 0xFC, 0x24, 0x24, 0x24, 0x18, // p
        0x00, 0x18, 0x24, 0x24, 0x18, 0xFC, // q
        0x00, 0x7C, 0x08, 0x04, 0x04, 0x08, // r
        0x00, 0x48, 0x54, 0x54, 0x54, 0x20, // s
        0x00, 0x04, 0x3F, 0x44, 0x40, 0x20, // t
        0x00, 0x3C, 0x40, 0x40, 0x20, 0x7C, // u
        0x00, 0x1C, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1C, // v
        0x00, 0x3C, 0x40, 0x30, 0x40, 0x3C, // w
        0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x28, 0x44, // x
        0x00, 0x1C, 0xA0, 0xA0, 0xA0, 0x7C, // y
        0x00, 0x44, 0x64, 0x54, 0x4C, 0x44, // z
        0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14  // horiz lines
};

#endif

其中：

1. 因为STM32F103C6T6A的FLASH比较小，放不了多少中文，所以在驱动里没有放置中文的函数封装，有兴趣可以自己编写，后面有空我可能会在这里加上，原理是一样的。
2. 因为屏幕小，不够显示的，所以我使用的是6*8大小的字符，节省空间，也减小字符库的缓存。

Delay.h

使用系统时钟SysTick的延时函数

六、调用方法

例：main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"

int main(void)
{
    Delay_Init();//延时初始化
    OLED_Init();//OLED_SPI初始化

    OLED_ZFC(0, 0, "DRAGON");//在OLED屏幕的X轴为0，Y轴为0，显示字符串“DRAGON”

    OLED_ZFC(21, 3, "Hello 2022,I Love You!!!!!!!!!");//在OLED屏幕的X轴为21，Y轴为3，显示字符串“Hello 2022,I Love You!!!!!!!!!”，不够显示自动换行

    OLED_ZFC(4, 6, "2022");//在OLED屏幕的X轴为4，Y轴为6，显示字符串“2022”
}

效果如下

PS：

1. 旁白有蓝色指示灯，光影效果别介意。
2. 膜还没撕，有点糊，“I LOVE”那里有一个辅助撕膜的小突出，不是显示异常。

七、该库函数的优缺点

优点

1. 跑的是DMA，不占用CPU，速度极快，本龙认为的STM32的极限刷新速度。
2. 纯字符，不添加中文显示，极大优化代码大小。
3. 显示字符大小为6*8，一个屏幕可以显示168个字符，且自动换行，平时显示参数极度够用。

缺点

1. 刷新速度过快，导致字符跳动过快，眼睛和大脑还未读取信息就跳动了，所以需要在下次刷新屏幕前加一定的延时。
2. 暂未添加中文显示，毕竟加了中文，很多FLASH比较小的STM32F103系列芯片装不了多少中文字符。