OLED-дисплей на SSD1306: подключение и команды

Питание

Напряжение 7–15 В для свечения OLED-панели можно подать снаружи, а можно получить внутри: встроенный умножитель на переключаемых конденсаторах с двумя внешними конденсаторами делает около 7,5 В из VBAT. Его включают командой 8Dh, 14h перед командой включения дисплея AFh — без этого панель модуля без внешнего источника VCC не загорится. Рабочая температура контроллера — от −40 до 85 °C.

Даташит задаёт порядок включения: сначала VDD, затем импульс сброса на выводе RES# длительностью не меньше 3 мкс, затем VCC и только после этого команда AFh; сегменты и общие выводы начинают работать через 100 мс. При выключении — команда AEh, затем снять VCC и примерно через 100 мс — VDD.

Интерфейс I²C

По I²C контроллер работает только на запись и отвечает на 7-битный адрес 011110 + SA0:

В режиме I²C роль SA0 выполняет вывод D/C#. Минимальный период тактового сигнала по даташиту — 2,5 мкс, то есть частота шины до 400 кГц. Подтягивающие резисторы на SDA и SCL нужны, как на любой шине I²C; их номиналы для своей длины линий можно подобрать в калькуляторе подтяжек I²C.

После адреса идёт управляющий байт — бит Co, бит D/C# и шесть нулей:

Поэтому типичная транзакция выглядит так: START, адрес 0x3C с битом записи, 0x00, несколько байтов команд, STOP. Для записи изображения — START, адрес, 0x40, байты картинки, STOP. Как такая транзакция выглядит по битам, можно посмотреть в конструкторе транзакции I²C.

Интерфейс SPI

В 4-проводном режиме, кроме SCLK, SDIN (MOSI) и CS#, используется отдельный вывод D/C#: низкий уровень — байт команды, высокий — байт данных в видеопамять. В 3-проводном режиме вывод D/C# не используется: перед каждым байтом передаётся девятый бит D/C#, первым. По SPI, как и по I²C, контроллер работает только на запись. Минимальный период такта SPI — 100 нс, то есть до 10 МГц. Интерфейс выбирается выводами BS0–BS2 контроллера; на готовом модуле это уже сделано, и он продаётся как «I²C» или «SPI».

Видеопамять: страницы по 8 строк

Видеопамять (GDDRAM) на 128 × 64 бит разделена на восемь страниц PAGE0–PAGE7 по 8 строк. Каждый байт данных — это вертикальный столбик из восьми точек одной страницы: бит D0 — верхняя точка, D7 — нижняя. Строка в 128 байт заполняет одну страницу во всю ширину, весь экран — 8 · 128 = 1024 байта.

После записи байта указатель столбца сдвигается сам. Как он ведёт себя дальше, задаёт команда 20h — режим адресации:

В горизонтальном и вертикальном режимах окно записи задают команды 21h (начальный и конечный столбец, 0–127) и 22h (начальная и конечная страница, 0–7). В страничном режиме страницу выбирают командами B0h–B7h, а столбец — двумя командами: 00h–0Fh (младшие 4 бита адреса) и 10h–1Fh (старшие).

Основные команды

Поворот изображения на 180° делают парой команд A1h и C8h. Есть и команды прокрутки (26h, 27h, 29h, 2Ah, 2Eh, 2Fh, A3h): контроллер сдвигает изображение сам, без участия микроконтроллера.

Инициализация

Пример последовательности из application note Solomon Systech:

A8h 3Fh   коэффициент мультиплексирования: 64 строки
D3h 00h   без смещения
40h       начальная строка 0
A0h/A1h   отражение по горизонтали — по ориентации панели
C0h/C8h   направление развёртки
DAh 02h   конфигурация выводов COM (зависит от панели)
81h 7Fh   контраст
A4h       изображение из памяти
A6h       нормальное изображение
D5h 80h   тактовый генератор
8Dh 14h   включить умножитель напряжения
AFh       включить дисплей

Значение для DAh зависит от того, как выводы COM разведены в конкретной панели. Если изображение выводится через строку или растянуто по вертикали, попробуйте другое значение: 02h — последовательная конфигурация, 12h — альтернативная (значение после сброса).

Подключение к Arduino по I²C

Минимальный пример без библиотек: инициализация и заливка экрана узором. Команды отправляются с управляющим байтом 0x00, изображение — с 0x40 небольшими порциями.

#include <Wire.h>

const uint8_t OLED = 0x3C;  // 0x3D, если SA0 = 1

void commands(const uint8_t *list, uint8_t n) {
  Wire.beginTransmission(OLED);
  Wire.write(0x00);                 // дальше только команды
  for (uint8_t i = 0; i < n; i++) Wire.write(list[i]);
  Wire.endTransmission();
}

void setup() {
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000);            // до 400 кГц по даташиту
  const uint8_t init[] = {
    0xAE, 0xA8, 0x3F, 0xD3, 0x00, 0x40, 0xA1, 0xC8,
    0xDA, 0x12, 0x81, 0x7F, 0xA4, 0xA6, 0xD5, 0x80,
    0x8D, 0x14, 0x20, 0x00, 0xAF
  };
  commands(init, sizeof init);

  const uint8_t window[] = { 0x21, 0, 127, 0x22, 0, 7 };  // весь экран
  commands(window, sizeof window);
  for (uint16_t i = 0; i < 1024; i += 16) {
    Wire.beginTransmission(OLED);
    Wire.write(0x40);               // дальше данные видеопамяти
    for (uint8_t j = 0; j < 16; j++) Wire.write((i + j) & 1 ? 0x55 : 0xAA);
    Wire.endTransmission();
  }
}

void loop() {}

Для текста и графики удобнее готовые библиотеки, например Adafruit SSD1306 или U8g2: они держат копию экрана в памяти микроконтроллера (1024 байта) и отправляют её целиком или по страницам.