OLED模块-I2C协议

OLED模块概述

1.1 OLED简介

​ OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）显示屏由许多微小的发光二极管构成，每个发光二极管就对应着屏幕上的一个像素，通过控制二极管的亮灭就能在屏幕上显示图像或文字。

​ 按照驱动方式划分，OLED显示屏分可分为两类，分别是PMOLED（Passive Matrix，被动矩阵）和AMOLED（Active Matrix，主动矩阵）。

• PMOLED的驱动方式和LED点阵类似，每次只能点亮一行或者一列，需要快速的逐行或者逐列扫描来显示内容。
• AMOLED屏幕上的每个像素点都有一个单独的控制电路，可以独立进行控制。

​ 本文使用的是一块PMOLED（Passive Matrix，被动矩阵）屏，其分辨率为128x64。

1.2 驱动芯片

​ 市面上的多数OLED显示屏都会带有驱动芯片，驱动芯片的核心作用是控制每个像素点的亮灭以显示图像或文字，此外它还会提供数据接口（例如I2C），用于接收屏幕上要显示的数据。驱动芯片的存在使得我们可以通过简单的接口控制OLED显示屏，大大简化了开发和控制流程。

​ 本文所使用的这块OLED屏的驱动芯片为SSD1315，由于我们需要通过它来控制OLED显示的内容，所以需要重点学习它的用法。

1.2.1 基本工作原理

• 工作流程

1.2.2 IIC接口

​ 虽然SSD1315的MCU Interface支持多种通信协议，但我们所选用的OLED显示模块只暴露出了IIC接口，如下图所示。

​ 由于OLED显示屏的作用是显示数据，它对于MCU来讲更多的是一个输出设备，因此我们只需关注如何向SSD1315写入数据即可。下面是写数据的时序图：

​ 说明：SSD1315的地址，高6位是固定的011110，最后1位SA0可由用户自定义。参考OLED模块手册，可得最后1位的默认值为0R/W#(读写标识)应为0。（增加或移出相应电阻可以更改高低电平实现修改地址）

​ 结论：地址 + 读写标识应为01111000(0x78)。

说明：

MCU向SSD1315发送的数据可分为两类 -- Controlbyte和Data byte。

• Data byte: 数据字节，其内容可能是Data(显示数据)，也可能是Command(控制命令)。

• Control byte: 控制字节，在Data byte之前发送，用于声明后续Data byte内容的类型和格式，该字节只有高2位有效，其余6位均为0;

  D/C#(Data/Command): 用于声明后续的Data byte是Data还是Command，1表示Data，0表示Command。

  Co(Contination Bit): 用于声明后内容是否连续。0表示连续。此时后边可以连续发送多个Data bvte；1表示不连续，此时后边只能发送一个Data byte。

  需要注意的是，当Co设置0时，本次通信中后续所有的字节都会被视作Databyte，co位的具体用法如下:

1.2.3 GDDRAM

​ GDDRAM的作用是存储显示数据，其容量是128×64 bit，每个bit对应着屏幕上的一个像素，该bit的值就能决定该像素的亮灭。

1.2.3.1 内存组织结构

​ 分为8页，每一页128x8个字节：

每一页的结构

写一个Data byte：从上往下，而不是从左往右

1.2.3.2 内存寻址

​ 在了解了内存组织结构之后，我们还需掌握内存的寻址方式，这样才能在我们指定的位置写入指定的内容。

​ 向GDDRAM写入数据时是以byte为单位的，按照上述的内存组织结构， 定位一个byte，至少需要明确两点，分别是第几页（Page Address，页地址）和第几列（Column Address，列地址）。因此GDDRAM内部设有两个指针， Page Address Pointer和Column Address Pointer，分别指向当前要写入的页和列。为方便连续写入多个字节，每当成功写入一个字节后，Page Address Pointer或者Column Address Pointer会自动递增，指向下一个要写入的位置。

​ 根据指针递增逻辑的不同，GDFRAM提供了三种不同的寻址方式，分别是页寻址，水平寻址和垂直寻址，具体使用哪种模式，可以通过向SSD1315发送控制命令进行选择，具体命令如下:

​ 下面逐一介绍三种寻址方式的工作原理。

1. 页寻址

   这种寻址方式下，用户需要先向SSD1315发送控制命令设置页地址（例如Page1）和列地址（例如COL3），此时Page Address Pointer和Column Address Pointer就会指向对应的位置。之后便可开始连续发送数据，每成功写入一个字节，Column Address Pointer都会自动+1，而Page Address Pointer始终不变，如果写到当前页末尾，Column Address Pointer会回到当前页的第1列。

设置页地址的命令如下: X三位表示0-7行

设置列地址的命令如下: 两个字节拆开分别表示高位和低位，7位可以表示0-127列

2. 水平寻址

   这种寻址方式下，用户需要先向SSD1315发送控制命令，设置一个写入区域，具体来讲就是分别指定页的起始地址和结束地址（例如Page1~Page5）以及列的起始地址和结束地址（例如COL2~COL125）。此时Page Address Pointer和Column Address Pointer会指向该区域的左上角。之后便可开始连续发送数据，每成功写入一个字节，Column Address Pointer会自动+1，当到达目标区域的右侧边界时，Page Address Pointer便会自动+1。当写到目标区域的右下角时，两个指针会再次回到左上角。如下图所示。

• 设置页地址范围的命令如下。

  如： 00100010 00000001 00000011 为1-3页

• 设置列地址范围的命令如下

  如：00100001 00000001 00000011 为1-3列

3. 垂直寻址

   这种寻址方式下，用户需要先向SSD1315发送控制命令，设置一个写入区域，具体来讲就是分别指定页的起始地址和结束地址（例如Page1~Page5）以及列的起始地址和结束地址（例如COL2~COL125）。此时Page Address Pointer和Column Address Pointer会指向该区域的左上角。之后便可开始连续发送数据，每成功写入一个字节，Page Address Pointer会自动+1，当到达目标区域的底部边界时，Column Address Pointer便会自动+1。当写到目标区域的右下角时，两个指针会再次回到左上角。如下图所示:
   

1.2.3.3 内存bit与屏幕像素映射关系

​ GDDRAM中的每个bit都对应着屏幕上的一个像素，但具体哪个bit对应着哪个像素，目前仍是不明确的，最理想的方式当然是每个bit和每个像素的位置完全对应，但默认情况下并非如此。

​ bit和像素之间的对应关系受两个环节的影响，第一个环节是GDDRAM和SSD1315输出引脚（64个COM和128个SEG）的对应关系，第二个环节是SSD1315的输出引脚和OLED屏幕的连线方式。下面逐一分析。

1. GDDRAM和SSD1315输出引脚对应关系，默认映射关系如下：一一对应

2. SSD1315输出引脚和OLED屏幕对应关系，行和列都与GDDRAM和SSD1315相反：

3. 为了保证设计的灵活性，SSD1315提供了重映射功能，用户可以通过控制命令来重新定义GDDRAM和输出引脚的对应关系，如下

映射过后，GDDRAM行的0对应oled屏幕行的0，GDDRAM列的0对应oled屏幕的列0，我们让左上角的二极管亮，只需要将SEG0和COM0定位的二极管亮即可；

• 设置Segment重映射的命令如下:

  设置1即可让127映射为SEG0，从左到右127到0

• 设置Common重映射的命令如下:

  X3设置为1即可从上到下为63到0