為了提高圖形信息的顯示速度，並得到更多的顯示效果，文章基於FG_V1.2單片機開發板，依據OLED12864顯示屏的操作時序要求，用51單片機實現了基於0.96英寸OLED屏的顯示系統設計。經實際測試表明，其具有比12864LCD模塊更快的刷新速度和更好的顯示效果。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/366568.htmOLED（Organic Light Emitting Display）顯示技術是比液晶顯示技術更為先進的新一代平板顯示技術，其被業界公認為是繼LCD、PDP之後最理想和最具發展前景的第三代顯示技術。相比於液晶顯示技術，其具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發光、響應快、抗震強、功耗低、適應溫度範圍寬，可實現柔性顯示等優越性能，有「夢幻顯示器」 的美譽，可廣泛應用於通信、計算機、消費電子、工業應用、商業、交通等領域。在顯示輸出方面，目前主要採用3種方式，即：圖形、數字或專用符號，在嵌入式領域，顯示常採用LED、數碼管及液晶顯示器。前兩種實現簡單，但顯示內容不夠豐富。LCD顯示器雖能顯示較為豐富的內容，但其響應慢（出現殘像），且亮度相對較低。OLED則響應較快，其響應速度可達液晶的1000倍以上，且OLED無需背光，亮度高，在功耗、視角等方面也均優於LCD顯示器，鑑於此，OLED顯示屏越來越廣泛地應用在日常生活當中。
該文以宏晶公司的STC89C52單片機為控制核心，信意電子科技提供的0.96寸OLED模塊為顯示輸出設備，在Keil環境下編寫OLED顯示模塊驅動程序，並下載Hex文件至單片機，從而實現OLED顯示系統設計。
1 實現原理
文中所採用的OLD模塊具有和12864LCD相同的解析度，但其在單位面積上具有更多的像素點。該模塊的驅動晶片是SSD1306Z，它是一款專門用於驅動OLED點陣屏的COMS晶片，其包含128個段和64個公共端。為了能夠通過外部控制器向其寫入用於顯示的數字信息，其對外提供了8個數據引腳和 5個控制腳，並向用戶提供了4種總線接口。文中所採用的OLED模塊可實現SPI和IIC兩種總線接口模式，默認為SPI模式。在SPI模式下，僅有數據引腳的低2位和控制引腳的CS#，D/C#和RES#與單片機進行接口。為了能讓OLED具有豐富的顯示效果和靈活簡便的操作方式，SSD1306Z向用戶提供了豐富的操作指令集，另外還向用戶提供了128x64位的GDDRAM（Graphic Display Data RAM）。由於所採用的OLED不帶字庫，因此無論是顯示圖形還是顯示漢字，均需通過取模軟體進行編碼，然後按SPI協議，將對應的編碼按照所確定的地址模式寫入對應的CDDRAM中。編碼原理如圖1所示。圖1給出了16*8編碼格式的字符『A』，由於8行為一頁，因此其佔據2頁的高度，而寬度則佔據8 列。圖1中的每一個方格代表一位，若要顯示則置1，反之置0。向GDDRAM當中送數據時，先通過指令確定操作所需的地址模式及存儲器的地址，然後先寫 『A』的第2頁的編碼，再寫其第3頁的編碼，即可完成編碼的寫入操作。圖1所對應的編碼為0x00，0x00，0xe0，0x 9c，0xf0，0x80，0x00，0x00，0x08，0x0f，0x08，0x00，0x00，0x0b，0xoe，0x08，編碼時高位在下，低位在上。同理，可得對任意漢字的編碼。
圖1：OLED字符編碼
2 時序分析
操作時序為IC晶片的可靠工作提供了正確的節拍，因此操作時序正確與否將直接影響晶片的工作狀態，文中OLED模塊默認工作方式為4線SPI，其操作時序如圖2所示。圖2上部分為操作一位對應的時序，下部分為操作一個字節所對應的時序，由圖2可知當發送一個字節時，先發該字節的最高位，最後發最低位。
圖2：4線SPI操作時序圖
圖2中，CS#為OLED片選信號線，低電平有效，在晶片有效後，可通過拉低或拉高D/C#來決定是進行命令寫入操作還是進行數據寫入操作，在時鐘 SCLK拉高之前建立D/C#信號，其建立時間為tAS，SDIN在SCLK低電平有效，並在SCLK上升沿時進行數據的讀取，數據保持時間為tDHW，之後可發生數據交換，為下次數據讀取作準備。圖2中具體的時序特性如表1所示。
表1：4線SPI時序特性
表1給出了正確實現OLED操作的時序要求，由表1可知時間參數的最小值均小於1μs。文中控制器選用的是STC89C52，採用12 M晶振時機器周期為1μs，因此，只需讓STC89C52按上圖時序順序執行程序，則其操作過程便可完全滿足4線SPI操作的時序要求。
3 軟體實現
要使OLED正確顯示出所需的信息，除了在其運行過程中嚴格按時序進行操作外，在起動時還要滿足一定的上電順序，之後還要對其進行相應的初始化。OLED的上電順序如圖3所示。
圖3：OLED上電時序圖
圖3中，在VDD得電並穩定後，RES#引腳被拉低並維持低電平至少3μs（t1），然後再接其拉高，從而實現晶片復位。在晶片完成復位後，VCC上電。在VCC穩定之後，可發送0XAF命令開顯示，而OLED的段和公共端（SEG/COM）則需再延遲100 ms，方可得電。按此可得對應的軟體實現為：
同理可知，若將D/C#引腳電平拉高，則可得到發送一個字節數據的函數實現。
4 硬體接口
硬體基於自主開發的FG_V1.2開發板，核心控制晶片為宏晶公司LQFP-44封裝的貼片STC89C52單片機，OLED的時鐘引腳SCLK（D0）與單片機的P16引腳進行接口，數據引腳SDA（D1）與單片機的P17引腳進行接口，控制腳RST#與單片機的P36引腳進行接口，D/C#引腳與單片機的P37引腳進行接口，片選信號CS#已接至地。具體的硬體接口電路如圖4所示。
圖4：OLED與單片機接口電路
5 實現效果
SSD1306Z驅動晶片為OLED提供了豐富的指令集，可以使OLED在實現數據顯示的同時，還能具有多種顯示效果（如反白、漸變、閃爍等）和動態效果（如左移、右移、斜角斜屏、動態區域設置等）。具體顯示效果如圖5所示。
圖5：OLED實物顯示效果
圖5為OLED模塊在STC89C52單片機控制下的幾種顯示效果。（a）為靜態顯示效果，（b）為反白顯示效果，反白後通過相機可見屏幕當中有動態黑色條紋，這是因為反白顯示時出現了串擾（Crosstalk）現象，而這種現象被相機捕獲到了，人眼觀察是不存在動態黑色條紋的。（c）為區域動態效果，屏幕漢字部分設置為靜態，而網址部分設置為連續右移的動態效果。由此可見，OLED相對比LCD顯示，其具有更豐富的顯示效果。
6 結論
文中通過STC89C52單片機對OLED顯示模塊進行了驅動，實驗表明，其不僅硬體接口簡單，而且在軟體實現上極具靈活性，模塊驅動晶片SSD1306Z包含豐富指令集，不僅簡化了軟體實現，而且豐富了顯示效果。相比於同解析度的12864LCD模塊，OLED顯示模塊小巧精緻，刷新速度快，顯示效果豐富，成本相對也較低，是12864LCD模塊的理想替代產品。隨著OLED技術的發展，相信顯示技術必將發展到一個新的階段。