上海潤欣科技股份有限公司創研社

導讀： 本文詳細介紹了，如何在Apollo2 SDK-1.2.12平臺上點亮并使用Heletc 1.3寸12864-OLED屏幕。本文將闡述，如何通過硬件SPI與模擬SPI模式，分別實現外設OLED屏的驅動代碼和實現步驟。

1.SPI通信原理

SPI是串行外設接口(Serial Peripheral Interface)的縮寫。是 Motorola 公司推出的一種同步串行接口技術，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。

SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以（單向傳輸時）。也是所有基于SPI的設備共有的，它們是SDI（數據輸入）、SDO（數據輸出）、SCLK（時鐘）、CS（片選）。

（1）MOSI/SDI –SerialDataIn,串行數據輸入；

（2）MISO/SDO –SerialDataOut,串行數據輸出；

（3）SCLK – Serial Clock,時鐘信號，由主設備產生；

（4）CS – Chip Select,從設備使能信號，由主設備控制。

其中，CS是從芯片是否被主芯片選中的控制信號，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時（高電位或低電位），主芯片對此從芯片的操作才有效。這就使在同一條總線上連接多個SPI設備成為可能。

接下來就負責通訊的3根線了。通訊是通過數據交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位的傳輸的。這就是SCLK時鐘線存在的原因，由SCLK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過 SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。因此，至少需要8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），才能完成8位數據的傳輸。

（圖1）SPI通信結構圖

（圖2）SPI常規讀操作

（圖3）SPI常規寫操作

2.SPI的四種模式

根據SPI時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）配置的不同可分為4種模式。

時鐘極性是指SPI通信設備處于空閑狀態時（或SPI通信開始時，即SS為低電平時），SCK的電平信號CPOL=0時，SCK空閑狀態為低電平，CPOL=1時則相反。

時鐘相位是指數據采樣的時刻，當CPHA=0時，MOSI或MISO數據線會在時鐘線第一個邊沿開始采樣（奇數邊沿）。

當CPHA=1時，MOSI或MISO數據線會在時鐘線第二個邊沿開始采樣（偶數邊沿）。

詳細如下：

（1）CPOL=0，CPHA=0：此時空閑態時，SCLK處于低電平，數據采樣是在第1個邊沿，也就是SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數據采樣是在上升沿，數據發送是在下降沿。

（2）CPOL=0，CPHA=1：此時空閑態時，SCLK處于低電平，數據發送是在第1個邊沿，也就是SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數據采樣是在下降沿，數據發送是在上升沿。

（3）CPOL=1，CPHA=0：此時空閑態時，SCLK處于高電平，數據采集是在第1個邊沿，也就是SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數據采集是在下降沿，數據發送是在上升沿。

（4）CPOL=1，CPHA=1：此時空閑態時，SCLK處于高電平，數據發送是在第1個邊沿，也就是SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數據采集是在上升沿，數據發送是在下降沿。

（圖4）SPI的CPOL和CPHA

3.硬件SPI與模擬SPI的區別

在模擬SPI的模式下，我們需要使用IO口去模擬SPI的時序，這個模擬的全部過程，都需要CPU全程負責，但在獲取或者發送數據的時候，可能會使用軟件延時，這個時間在數據交互量不大的情況下并明顯，但是如果數據量大，可能會打亂SPI的時序。

對于硬件SPI來說，我們只需要開啟相應的寄存器配置和對應的中斷。數據的交互就不需要CPU參與。當傳輸中斷產生的時候，CPU只需要從中斷中搬運數據就好了，省下了軟件模擬IO的存取時間。讓CPU省下更多時間去運行其他代碼。

4.硬件SPI的配置

首先我們需要確定OLED屏幕上面的引腳，如圖：

（圖5）OLED硬件管腳圖

GND - 接地 VCC – 接3.3V

SCL – 接SCK（5腳） SDA – 接MOSI（7腳）

RST – 接 42腳（可修改）DC – 接43腳（可修改）

作為Master模式下，提供有6組IO口供用戶選擇，而作為Slave有1組。在Master模式下，Apollo提供一個128-byte 的local RAM作為雙向FIFO的傳輸容量。Apollo2的管腳復用具體如下：

（圖6）Apollo2全部引腳寄存器配置圖

（圖7）Apollo2 引腳顏色比對圖

第一步，我們選擇Master 0 Signals 也就是相對于的 5、6、7引腳。

具體通過am_hal_gpio_pin_config（）函數進行引腳配置

第二步，配置iom_config

在SPI_g_sIOMConfig里面配置的是IOM的一些常規參數：

模式我們選擇為AM_HAL_IOM_SPIMODE 傳輸速率為 100KHZ，相位和極性都是0 。寫數據的閾值是4bit，讀取是60bit。這兩個是生產中斷的條件。

最后記得開啟IO Master

第三步，對屏幕進行復位操作，而復位操作主要是改變RST引腳的高低電平。

通過Apollo2 SDK提供的API去修改IO口狀態。

am_hal_gpio_out_bit_clear（）置0 am_hal_gpio_out_bit_set（）置1

第四步，通過SPI通信，將指令或者數據傳輸到OLED屏幕中。OLED屏幕判斷指令還是數據，是通過DC引腳的高低電平實現的。所以需要有一個參數去控制 43引腳的狀態。代碼如下：

數據先傳輸進Buffer，通過判斷cmd 控制DC_Set/ DC_Clr

然后通過am_hal_iom_spi_write（）函數，將數據直接傳輸到外設。

am_hal_iom_spi_write(uint32_t ui32Module, uint32_t ui32ChipSelect,

uint32_t *pui32Data, uint32_t ui32NumBytes,

uint32_t ui32Options)

{

am_hal_iom_status_e ui32Status;

//

// Validate parameters

//

if ( ui32Module >= AM_REG_IOMSTR_NUM_MODULES )

{

return AM_HAL_IOM_ERR_INVALID_MODULE;

}

// Reset the error status

ui32Status = g_iom_error_status[ui32Module] = AM_HAL_IOM_SUCCESS;

if (ui32NumBytes == 0)

{

g_iom_error_status[ui32Module] = ui32Status = AM_HAL_IOM_ERR_INVALID_PARAM;

return ui32Status;

}

//

// Check to see if queues have been enabled. If they are, we'll actually

// switch to the queued interface.

//

if ( g_psIOMQueue[ui32Module].pui8Data != NULL )

{

//

// If the queue is on, go ahead and add this transaction to the queue.

//

ui32Status = am_hal_iom_queue_spi_write(ui32Module, ui32ChipSelect, pui32Data,

ui32NumBytes, ui32Options, 0);

if (ui32Status == AM_HAL_IOM_SUCCESS)

{

//

// Wait until the transaction actually clears.

//

am_hal_iom_queue_flush(ui32Module);

// g_iom_error_status gets set in the isr handling

ui32Status = g_iom_error_status[ui32Module];

}

//

// At this point, we've completed the transaction, and we can return.

//

}

else

{

//

// Otherwise, we'll just do a polled transaction.

//

ui32Status = am_hal_iom_spi_write_nq(ui32Module, ui32ChipSelect, pui32Data,

ui32NumBytes, ui32Options);

}

return ui32Status;

}

該函數的幾個參數定義分別如下：

（1）ui32Module – IOM的Master編號選擇

（2）ui32ChipSelect – 外設編號選擇

（3）pui32Data – 傳輸的數據

（4）ui32NumBytes –傳輸數據的大小

（5）ui32Options – 寄存器偏移量

這里可以根據實際情況去配置各個參數，從而達到傳輸數據的目的。至此，硬件SPI模式基本配置完成。

5.模擬SPI配置

模擬SPI基本與硬件SPI類似。使用任意兩個IO口模擬通信，不需要使用指定的SPI接口，也不需要響應的SPI配置。

第一步，IO口的配置大概如下：

四個引腳如下：SCL – 8腳； SDA – 9腳；RES – 42腳；DC – 43腳 同樣需要配置各個IO口的狀態：

模擬SPI與硬件SPI的最主要區別是在寫函數里面。使用一個引腳模擬時鐘，另外一個引腳發送數據。

第二步，發送函數：

判斷cmd的操作是必不可少的，接著判斷(dat & 0x80) 判斷高位是否為‘1’。dat 高位為‘1’，MOSI就輸出‘1’；否則輸出‘0’。然后移位，次高位變為最高位。就是把dat的數據從MOSI腳輸出。

6.了解OLED屏幕

有機發光顯示OLED（OrganicLight?EmittingDisplay）是比液晶顯示技術更為先進的新一代平板顯示技術，是被業界公認為最具發展前景的下一代顯示技術。

OLED12864是128*64行點陣的OLED單色，字符，圖形顯示模塊，模塊內有64*64的顯示數據RAM，其中的每位數據對應于OLED屏上的每一個點的亮，暗狀態。

12864OLED的像素矩陣的劃分是比較特殊的。 整個屏幕水平方向劃分為8個page, 垂直方向則是按像素劃分為128 column. 每個page-column包含8個像素, 通過一個十六進制數(其實就是一個字節, 8個bit)來控制, 每個bit控制一個像素。

（圖8-1）OLED屏幕像素矩陣

（圖8-2）OLED屏幕像素矩陣

7.OLED屏幕配置

與大部分12864 OLED屏幕一樣，需要提前給屏幕輸入特定的顯示指令。代碼如家，需要注意的是硬件SPI與模擬SPI選擇自己響應的OLED_WR_Byte（）即可。配置過程如下：

OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);//--turn off oled panel

OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//---set low column address

OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);//---set high column address

OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//--set start line address Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)

OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);//--set contrast control register

OLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD); // Set SEG Output Current Brightness

OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD);//--Set SEG/Column Mapping 0xa0×óóò·′?? 0xa1?y3￡

OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);//Set COM/Row Scan Direction 0xc0é???·′?? 0xc8?y3￡

OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);//--set normal display

OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);//--set multiplex ratio(1 to 64)

OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);//--1/64 duty

OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);//-set display offset Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)

OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);//-not offset

OLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);//--set display clock divide ratio/oscillator frequency

OLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);//--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/Sec

OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);//--set pre-charge period

OLED_WR_Byte(0xF1,OLED_CMD);//Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock

OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);//--set com pins hardware configuration

OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);

OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);//--set vcomh

OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);//Set VCOM Deselect Level

OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);//-Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)

OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);//

OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);//--set Charge Pump enable/disable

OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);//--set(0x10) disable

OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);// Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)

OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);// Disable Inverse Display On (0xa6/a7)

OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);//--turn on oled panel

OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); /*display ON*/

OLED_Clear();

OLED_Set_Pos(0,0);

將上述代碼發送給OLED屏幕之后，屏幕的初始化也基本完成

8.OLED屏幕文字顯示

下面是使用OLED顯示中文漢字的范例。代碼如下

OLED_Set_Pos（）函數是用來定位文字在屏幕上顯示的位置。文字的大小是16*16個像素點，所以for（）循環里面的t為16次。Hzk[ ][ ]數組里面存儲的是通過取模軟件，將文字轉換成16進制的數據。

取模工具選用PCtolCD2002 完美版本，這里選擇字符模式。輸入文字的時候，可以點擊生成字模，在下方就會顯示出各個文字相對應的16進制數組。

（圖9）文字取模

將各個數組分別添加到Hzk數組里面之后，就可以在主函數里面通過OLED_ShowCHinese（）進行顯示。

顯示效果如下圖：

（圖10）文字顯示效果

9.OLED屏幕圖片顯示

照片顯示和文字顯示原理相同，也是點亮相對應的像素點。

該函數當中，x0 ，y0表示的是圖片所顯示的的起始坐標，x1 表示的是圖片像素的x軸所占的像素，y1表示的是頁數（0-7）

將想要顯示的圖片，轉換成BMP格式之后，通過PCtolCD2002的圖片模式進行轉換。設置如下：選擇陰碼，逆向，十六進制輸出。

（圖11）圖片取模選項設置

（圖12）圖片取模界面

將所生成的十六進制數據進行，修改對齊后，裝到BMP數組當中。在主函數當中就可以直接顯示了，效果如下圖。

（圖13）圖片顯示效果

后記：

在調試當中遇到的一些需要注意的點：

1、 在freeRTOS下，使用OLED屏幕的話，需要預先啟用SPI相對于的IOM 口。

需要用到函數am_hal_pwrctrl_periph_enable(uint32_t ui32Peripheral)進行相應的配置。同理在進行低功耗處理的時候，可以關閉SPI接口。

am_hal_pwrctrl_periph_enable(uint32_t ui32Peripheral)

{

am_hal_debug_assert_msg(ONE_BIT(ui32Peripheral),

"Cannot enable more than one peripheral at a time.");

//

// Begin critical section.

//

AM_CRITICAL_BEGIN_ASM

//

// Enable power control for the given device.

//

AM_REG(PWRCTRL, DEVICEEN) |= ui32Peripheral;

//

// End Critical Section.

//

AM_CRITICAL_END_ASM

//

// Wait for the power to stablize. Using a simple delay loop is more

// power efficient than a polling loop.

//

am_hal_flash_delay(AM_HAL_PWRCTRL_DEVICEEN_DELAYCYCLES / 3);

//

// Quick check to guarantee we're good (should never be more than 1 read).

//

POLL_PWRSTATUS(ui32Peripheral);

}

2、 OLED屏幕在進行Clear的時候，屏幕不干凈

（圖14）屏幕刷新有殘留

原因是：寫到寄存器第一列和第二列的數據被驅動芯片當做亂碼并在 顯示屏的最后一列顯示出來。修改如下：

把程序中“所有 X”軸的值改成 132，如下圖定義的是 X 軸與 Y 軸。

同時，clear函數里面，循環發送數據的次數，也應該從n<128 改為 n<132。

3、 圖片顯示函數

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

{

OLED_Set_Pos(x0,y);

for(x=x0;x

{

OLED_WR_Byte(BMP[j++],OLED_DATA);

}

}

}

在使用該函數的時候，首先要注意的是，y1表示的是頁數（0-7）也就是前文指的page，而不是你所給照片取模的Y軸的像素。其次在照片取模當中，盡量控制為128*64的大小。如果圖片大小無法滿足，則在使用OLED_DrawBMP（）的時候，x與x1的數據差應該就是你圖片的像素大小。

例如：

我的照片大小為 (92 X 60 )，如果選擇屏幕顯示的起始坐標點為（0,0）

則函數為：OLED_DrawBMP(0,0,92,7,BMP);

但是當你想移動圖片的位置，修改為OLED_DrawBMP(18,0,92,7,BMP);顯示的結果會出現亂碼。

正確的方式是改為OLED_DrawBMP(18,0,110,7,BMP);