OLED顯示模塊與C8051F單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)
摘要：OLED作為新一代顯示技術(shù)，廣泛用于各種儀器儀表的顯示終端，實(shí)時(shí)顯示字符、漢字、曲線等信息。文中介紹一種點(diǎn)陣式OLED模塊VGS12864E的結(jié)構(gòu)特征、指令系統(tǒng)；給出它與Cygnal C8051F020單片機(jī)的間接訪問接口電路設(shè)計(jì)，以及顯示模塊的硬件驅(qū)動(dòng)和顯示16×8點(diǎn)陣西文字符的Keil C51程序代碼，并對(duì)相關(guān)代碼進(jìn)行注釋。由于此款顯示模塊的指令系統(tǒng)與液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器HD61202兼容，故程序代碼也可作為指令系統(tǒng)與它兼容的液晶顯示編程的參考。
關(guān)鍵詞：點(diǎn)陣顯示模塊 OLED C8051F 接口設(shè)計(jì)
有機(jī)發(fā)光顯示OLED（Organic Light Emitting Display）是比液晶顯示技術(shù)更為先進(jìn)的新一代平板顯示技術(shù)，是被業(yè)界公認(rèn)為最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)。它與液晶顯示技術(shù)相比，具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發(fā)光、響應(yīng)速度快、適應(yīng)溫度范圍寬、抗震強(qiáng)、功耗低、可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)越性能，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。下面以VGS12864E顯示模塊為例，介紹C8051F020單片機(jī)與它的接口設(shè)計(jì)及軟件編程方法。
1 VGS12864E顯示模塊
VGS12864E是128×64行點(diǎn)陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊。模塊內(nèi)藏64×64的顯示數(shù)據(jù)RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)于OLED屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài);其接口電路和操作指令簡(jiǎn)單，具有8位并行數(shù)據(jù)接口，讀寫時(shí)序適配6800系列時(shí)序，可直接與8位微處理器相連;與Intel 8080時(shí)序的MCU連接時(shí)需要進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換。
2 顯示模塊結(jié)構(gòu)
2.1 模塊框圖
VGS12864E顯示模塊顯示屏為128列、64行，使用1片有64行輸出的行驅(qū)動(dòng)器和2片列驅(qū)動(dòng)控制器，其中每片列驅(qū)動(dòng)器有64路輸出。行驅(qū)動(dòng)器與MCU沒有關(guān)系，只要提供電源就能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)和同步信號(hào)，模塊的外部信號(hào)僅與列驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置64×64位顯示存儲(chǔ)器，RAM被分為8頁(yè)，每頁(yè)8行;顯示屏上各像素點(diǎn)顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器各位數(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)，為“1”顯示，為“0”不顯示。圖1為模塊的邏輯電路接口框圖。
圖1VGS12864E邏輯框圖
2.2 模塊引腳功能及指令系統(tǒng)
模塊引腳功能如表1所列。模塊的指令系統(tǒng)與液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器HD61202兼容，共有7條指令。這里不作詳細(xì)描述，僅列出表2指令列表。其中，前兩條為顯示狀態(tài)設(shè)置類指令，其余的為讀寫操作類指令。
表1VGS12864E引腳功能
表2VGS12864E指令列表
3 顯示模塊與Cygnal單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)
VGS12864E的接口連接方式有兩種:一種是直接訪問方式，另一種是間接訪問方式。不論哪種方式，要訪問模塊都必須先讀取狀態(tài)寄存器內(nèi)容，判斷“忙”標(biāo)志，不忙時(shí)才可以訪問。直接訪問方式是將模塊接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛在MCU總線上，MCU以訪問存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備方式對(duì)模塊進(jìn)行操作。間接訪問方式是MCU通過軟件模擬控制時(shí)序?qū)δK進(jìn)行操作。這里介紹的是Cygnal C8051F020單片機(jī)與VGS12864E的間接訪問接口設(shè)計(jì)。
C8051F020是美國(guó)Cygnal公司推出的一種混合信號(hào)SoC型8位單片機(jī)，是集成度很高的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)的芯片。它具有100腳的TQFP封裝，功耗低，供電電壓為2.7~3.3 V，全部I/O、RST、JTAG引腳均耐5 V電壓；有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP51內(nèi)核（可達(dá)25 MIPS）。該MCU具有P0~P7共64個(gè)通用I/O端口，每個(gè)端口引腳都可以被配置為推挽輸出或漏級(jí)開路輸出。對(duì)于VGS12864E，由于其工作電壓是5 V，而C8051F020的工作電壓是3.3 V，所以要C8051F020的輸出能更好地驅(qū)動(dòng)5 V輸入的OLED，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行額外配置。除了將對(duì)應(yīng)端口的輸出方式設(shè)置為“漏極開路”外，還應(yīng)在電路上將每個(gè)端口通過一個(gè)上拉電阻接到5 V電源，這樣可以保證C8051F020的邏輯“1”輸出能夠被提升到5 V。接口電路如圖2所示。
4 軟件編程
軟件編程采用Keil C51語(yǔ)言，包括顯示模塊硬件的驅(qū)動(dòng)程序（即寫指令和寫數(shù)據(jù)），顯示模塊初始化和清屏等通用子程序以及西文字符的顯示實(shí)現(xiàn)程序。由于此模塊指令系統(tǒng)與液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器HD61202兼容,故這些程序具有較高的通用性。對(duì)于字符漢字顯示，該模塊的字符庫(kù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)是以列數(shù)據(jù)形式編制，即1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)表示1列8×1的數(shù)據(jù)，和通常的字符庫(kù)相比，該字符是旋轉(zhuǎn)了90°的字模數(shù)據(jù)。使用Zimo21.exe取字模軟件，并設(shè)置提取方式為縱向取模，可以很方便地取得所需的中西文字模。由于該顯示模塊的每一列8×1的數(shù)據(jù)是低位在前，高位在后，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)中西文的正確顯示，還需對(duì)通過上述方法取得的字模的每個(gè)字節(jié)的高低位進(jìn)行一次對(duì)調(diào)，程序中使用了一個(gè)數(shù)組UpsetChar[]來實(shí)現(xiàn)。程序中使用的西文字符是16×8點(diǎn)陣，漢字是16×16點(diǎn)陣。
Cygnal單片機(jī)通過間接訪問方式控制OLED。其I/O端口需要進(jìn)行配置，配置如下：
void C8051F020_output_config() {
P2MDOUT = 0x00; //配置P2.5(lcd_wr)，P2.6(lcd_rd)，
//P2.7(lcd_rs)為推挽輸出方式
P74OUT = 0xf3; //配置P5.0～P5.7(lcd_d0 lcd_d7)
//為推挽輸出方式
}
對(duì)顯示模塊進(jìn)行寫指令操作和寫數(shù)據(jù)操作分為寫左半屏和寫右半屏。寫左右半屏的差別僅在于置位相應(yīng)的片選信號(hào)，而寫指令與寫數(shù)據(jù)的差別在于寫數(shù)據(jù)時(shí)置位RS寄存器選擇信號(hào)。初始化操作完成顯示位置的確定和打開顯示?，F(xiàn)以寫左半屏命令和寫左半屏數(shù)據(jù)為例，說明各操作函數(shù)。
圖2C8051F020與VGS12864E間接訪問方式接口電路
（1） 寫左半屏命令
void wr_command1() {
cs1=1; cs1=1; cs1=1; //選擇左半屏
cs2=0; cs2=0; cs2=0;
read_status(); //讀BUSY位狀態(tài)
r_w=0; r_w=0; r_w=0;
P5=com; //將命令字節(jié)送I/O口
e=1; e=1; e=1;
e=0; e=0; e=0; //在E下降沿，命令字節(jié)被寫
//入列驅(qū)動(dòng)器
}
（2） 寫左半屏數(shù)據(jù)
void wr_data1() {
cs1=1; cs1=1; cs1=1; //選擇左半屏
cs2=0; cs2=0; cs2=0;
read_status(); //讀BUSY位狀態(tài)
d_i=1; d_i=1; d_i=1;
r_w=0; r_w=0; r_w=0;
P5=dat; //將數(shù)據(jù)字節(jié)送I/O口
e=1; e=1; e=1;
e=0; e=0; e=0; //在E下降沿，數(shù)據(jù)字節(jié)被寫
//入列驅(qū)動(dòng)器
}
其中，讀狀態(tài)位的函數(shù)采用查詢標(biāo)志位的方式，即
void read_status() reentrant {
uchar busy;
uchar temp;
d_i=0; d_i=0; d_i=0; //進(jìn)行指令操作
r_w=1; r_w=1; r_w=1; //進(jìn)行讀操作
do {
P5=0xff;
e=1; e=1; e=1;
busy=P5; //讀入P5端口狀態(tài)
e=0; e=0; e=0;
temp=busy&0x80;
}while(temp!=0);
}
（3） OLED初始化
void init_lcd() {
com=0xc0; //從第0行開始
wr_command1();
wr_command2();
com=0x3f; //打開顯示
wr_command1();
wr_command2();
}
（4） OLED清屏
void clear_lcd() {
uchar column1;
uchar page;
for(page=0;page<8;page++) {
com=(0xb8+page); //設(shè)置頁(yè)號(hào)
wr_command1();
wr_command2();
com=0x40; //設(shè)置起始列為0，寫操作完
//后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1
wr_command1();
wr_command2();
for(column1=0;column1<64;column1++) {
//清左半屏
dat=0;
wr_data1();
}
for(column1=64;column1<128;column1++) {
//清右半屏
dat=0;
wr_data2();
}
}
}
（5） 顯示16×8字符的程序
void lcd_write_char_code(uchar page8,uchar column8,uchar* block168) reentrant {
uchar column1;
set_position(page8,column8);//設(shè)置所寫字符起始頁(yè)位置
for(column1=0;column1<8;column1++) {
dat=block168[column1];
//從字庫(kù)中取出上半頁(yè)8×8點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)
dat=UpsetChar[dat];
//將每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)高低位進(jìn)行對(duì)調(diào)
if(column8<=7)
//如果設(shè)置的所寫位置在左半屏，調(diào)用寫左半屏
//數(shù)據(jù)的函數(shù)
wr_data1();
else
//如果設(shè)置的所寫位置在右半屏，調(diào)用寫右半屏
//數(shù)據(jù)的函數(shù)
wr_data2();
}
page8++;
set_position(page8,column8);//設(shè)置所寫字符下半頁(yè)位置
for(column1=8;column1<16;column1++) {
dat=block168[column1];
//從字庫(kù)中取出下半頁(yè)8×8點(diǎn)陣字模數(shù)據(jù)
dat=UpsetChar[dat];
//將每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)高低位進(jìn)行對(duì)調(diào)
if(column8<=7)
//如果設(shè)置的所寫位置在左半屏，調(diào)用寫左半屏
//數(shù)據(jù)的函數(shù)
wr_data1();
else
//如果設(shè)置的所寫位置在右半屏，調(diào)用寫右半屏數(shù)據(jù)的函數(shù)
wr_data2();
}
}
5 結(jié)論
OLED顯示技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。采用此技術(shù)的VGS12864E顯示模塊具有與MCU接口方便、顯示功能強(qiáng)和編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。上面介紹的接口設(shè)計(jì)與軟件編程已成功應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的系統(tǒng)工作參數(shù)的顯示，效果良好；再配合按鍵控制進(jìn)行反顯、參數(shù)設(shè)置、翻頁(yè)等，建立了良好的人機(jī)交互界面。
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