OLED顯示模塊與C8051F單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)

　　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，每頁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。

　　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。

　　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)δK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)。

　?。?） 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
}

　?。?） 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);
}

　?。?） 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();
}

　?。?） OLED清屏
void clear_lcd() {
　　uchar column1;
　　uchar page;
　　for(page=0;page<8;page++) {
　　com=(0xb8+page);　　　//設(shè)置頁號(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();
　　　　}
　　}
}

　?。?） 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)置所寫字符起始頁位置
　　for(column1=0;column1<8;column1++) {
　　dat=block168[column1];
　　　　　　　　　　　　　 //從字庫中取出上半頁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)置所寫字符下半頁位置
　　for(column1=8;column1<16;column1++) {
　　dat=block168[column1];
　　　　　　　　　　　　　 //從字庫中取出下半頁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、翻頁等，建立了良好的人機(jī)交互界面。