基于單片機(jī)的OLED顯示器的應(yīng)用

陳群英

（西安培華學(xué)院，陜西 西安 710065）

1 引言

有機(jī)發(fā)光顯示器（Organic Light Emitting Display，OLED）是一種新型發(fā)光和顯示器件。OLED實(shí)質(zhì)上是一個(gè)薄膜器件，即在陽(yáng)極和陰極之間夾多層有機(jī)薄膜組成的穩(wěn)定的綠色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。OLED使用普通的矩陣交叉屏，OLED位于交叉排列的陽(yáng)極和陰極中間，通過(guò)對(duì)陽(yáng)極和陰極組合的選通，可以控制每一個(gè)OLED的點(diǎn)亮。由于OLED屬于電流型器件，顯示器的亮度可用電流來(lái)控制。國(guó)際上實(shí)力比較強(qiáng)的有我國(guó)香港的Solomon公司和美國(guó)的Clare公司等。OLED可廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)、交通等領(lǐng)域。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的組成和工作原理，見(jiàn)圖1。

圖1 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

由圖1可知，系統(tǒng)由單片機(jī)、OLED顯示模塊、電源轉(zhuǎn)換器組成。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，顯示器件采用的是維信諾公司的VGG12864G－CM21，該款芯片采用Solomon公司的SSD1303為專用的驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)文字和圖形的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)顯示。電壓轉(zhuǎn)換模塊采用單輸出直流轉(zhuǎn)直流開(kāi)關(guān)電源 B1205S－2W和AS1117的組合電路產(chǎn)生3.3 V的邏輯電壓。

2.1 主要芯片介紹

2.1.1 核心控制芯片C8051F023

該芯片是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微控制器芯片，具有32個(gè)數(shù)字I/0引腳。以8051為內(nèi)核，片內(nèi)集成JTAG接口，8通道10位ADC，2個(gè)12位DAC，64KB ISP FLASH存儲(chǔ)器，4352B片內(nèi)RAM，支持SPI、I2C串行總線標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)UART接口，5個(gè)通用的16位定時(shí)器，看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器等。溫度范圍－45 ℃～＋85 ℃，工作電壓2.7 V～3.6 V，封裝形式為64腳TQFP。

2.1.2 OLED顯示芯片VGG12864G-CM21

VGG12864G是128列×64行點(diǎn)陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊，接口電路簡(jiǎn)單，使用方便。該模塊具有以下特點(diǎn)：①128×64點(diǎn)陣的單色圖形顯示模塊；②高亮度，高對(duì)比度，寬視角，響應(yīng)速度快，溫度范圍寬，低功耗；③8位并行數(shù)據(jù)接口，讀、寫操作時(shí)序；可以直接與八位微處理器相連；④模塊內(nèi)含 128×64顯示數(shù)據(jù) RAM。RAM 中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)OLED屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；⑤集成SOLOMEN SSD1303 OLED驅(qū)動(dòng)器；⑥模塊功耗：90 mw（1/3素點(diǎn)點(diǎn)亮，不帶偏振片，亮度100 cd/m2）；⑦模塊邏輯電源電壓： VDD＋3 V±10 %；⑧OLED 顯示屏驅(qū)動(dòng)電壓：VCC 7 V～11 V。

2.2 SSD1303 驅(qū)動(dòng)及接口電路

圖2為SSD1303結(jié)構(gòu)框圖，主要由MCU接口、命令譯碼器、振蕩器、顯示時(shí)序發(fā)生器、電壓控制與電流控制、區(qū)顏色譯碼器和圖形顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（GDDRAM）、行驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng)組成，很大程度地減少了外圍器件和功耗。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)只需要用專門的接口和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生電源、驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)信號(hào)，就能點(diǎn)亮OLED屏。

圖2 SSD1303結(jié)構(gòu)框圖

MCU 通過(guò) RES#、CS#、D/C、WR#、RD#和 D0～D7共13個(gè)接口控制SSD1303驅(qū)動(dòng)IC，從而控制OLED顯示屏。CS#為片選信號(hào)，當(dāng) CS#接低電平時(shí) MCU才能與驅(qū)動(dòng) IC通信；RES#是復(fù)位使能端，當(dāng)接低電平時(shí)，所有控制寄存器均被設(shè)定為出廠時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)，同時(shí)圖像寄存器清零；D/C為數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)，為高電平時(shí)D0～D7為顯示數(shù)據(jù)信號(hào)，那么顯示數(shù)據(jù)由控制電路通過(guò)MCU接口輸入到GDDRAM緩存，然后通過(guò)局域色解碼器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，最后將解碼后的顯示數(shù)據(jù)通過(guò)行列驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)OLED顯示；為低電平時(shí)D0～D7表示命令信號(hào)，該控制命令通過(guò) MCU接口輸入到控制命令解碼器進(jìn)行命令解碼并寫入相應(yīng)的命令寄存器；WR#和RD#分別為寫和讀選擇信號(hào)，當(dāng)CS#為低時(shí)，在其下降沿讀寫有效。

2.3 電源的設(shè)計(jì)

電壓轉(zhuǎn)換模塊的電路，見(jiàn)圖3。

圖3 電源電路設(shè)計(jì)

圖4 時(shí)序圖

VGG12864G－CM21 模塊已經(jīng)集成驅(qū)動(dòng)升壓電路，用戶只需提供VDD電源即可。整個(gè)系統(tǒng)需要3.3 V的電源，分別提供給MCU（本文采用C8051F023）和OLED需要的邏輯電源電壓。本設(shè)計(jì)中用B1205S－2W芯片和AS1117芯片的組合電路來(lái)產(chǎn)生3.3 V電源，并將輸出的電源信號(hào)通過(guò)電壓和電流控制器控制整個(gè)SSD1303的電壓和電流。

2.4 讀寫的時(shí)序

只要按照VGG12864G的時(shí)序波形圖進(jìn)行讀和寫，即可完成OLED的顯示。本設(shè)計(jì)將WR#和RD#分別接C8051F023的P1.4和P1.5。同時(shí)P3端口為數(shù)據(jù)總線，時(shí)序波形圖見(jiàn)圖4所示。只要CS#為低時(shí)，在WR#（RD#）的下降沿寫入（讀出）數(shù)據(jù)或命令，即可有效地完成讀寫的工作。

3 軟件程序的設(shè)計(jì)

MCU系統(tǒng)控制器的內(nèi)核是CIP－51微控制器。CIP－51與MCS－51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)803X/805X的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。OLED的顯示程序可以用C語(yǔ)言編寫也可以用匯編語(yǔ)言編寫，主要程序流程圖如圖5所示。單片機(jī)初始化包括關(guān)閉看門狗、時(shí)鐘初始化、端口初始化，以及定時(shí)器和中斷的初始化。OLED初始化包括開(kāi)顯示、設(shè)置顯示模式、設(shè)置對(duì)比度控制器、對(duì)比度設(shè)置（1～256）、設(shè)置行列起始地址、清OLED屏等。OLED 顯示是往GDDRAM 里寫數(shù)據(jù)，包括讀狀態(tài)、寫命令、寫數(shù)據(jù)子程序，OLED顯示只要寫入所要顯示的文字或圖片的字符代碼即可。每次寫（命令或數(shù)據(jù)）之前都要讀狀態(tài)，看最高位 D7是否為“0”，也稱之為“忙”檢測(cè)，如果為“1”，表示“忙”；反之為“閑”，在“閑”的狀況下才可以寫操作。

VGG12864G內(nèi)置GDDRAM顯示存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，RAM容量為128×64＝8192 bits，它被分成8頁(yè)（page0～page7），每頁(yè)8行，每頁(yè)的第一列剛好是一個(gè)字節(jié)，低位在上，高位在下；顯示屏上各像素點(diǎn)的顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器的各位二進(jìn)制數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù)顯示為“1”，相應(yīng)的像素點(diǎn)顯示；數(shù)據(jù)顯示為“0”，相應(yīng)的像素點(diǎn)不顯示。

所顯示文字或圖片的字符庫(kù)，需要自己造，可以選用字模提取軟件Zimo21，該軟件提供兩種取模方式：橫向和縱向。再根據(jù)OLED顯示數(shù)據(jù)的RAM地址結(jié)構(gòu)，選縱向的取模方式，由于OLED模組的字節(jié)結(jié)構(gòu)是高位在下低位在上，所以要設(shè)置成字節(jié)倒序，字符的字體、字形、大小和顯示效果（下劃線和刪除線）可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，然后采取C51格式（若用匯編語(yǔ)言編程可采取A51格式）取模生成單個(gè)字符的點(diǎn)陣顯示代碼，最后根據(jù)需要在OLED屏上的顯示效果，對(duì)代碼進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可得到所需字符庫(kù)。

根據(jù)所要顯示的文字或圖片生成所需字符庫(kù)，通過(guò)OLED顯示程序?qū)⒆址a寫入并存儲(chǔ)在SSD1303的GDDRAM模塊后，就可以穩(wěn)定地顯示出來(lái)。通過(guò)軟件編程也可實(shí)現(xiàn)圖片的動(dòng)態(tài)顯示。

如漢字“漢”，該文字為宋體 12，字體對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣為：寬×高＝16×16（32 B顯示碼）。提取字模為：

圖5 程序流程圖

4 結(jié)論

本文介紹了維信諾 VGG12864G－CM21 液晶顯示器的工作原理，針對(duì)該顯示器，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)字符和圖形顯示的應(yīng)用方法，目前已在我們開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)中獲得了應(yīng)用。