OLED顯示模塊與C8051F單片機的接口設計

　　1 VGS12864E顯示模塊

　　VGS12864E是128×64行點陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊。模塊內藏64×64的顯示數據RAM，其中的每位數據都對應于OLED屏上一個點的亮、暗狀態;其接口電路和操作指令簡單，具有8位并行數據接口，讀寫時序適配6800系列時序，可直接與8位微處理器相連;與Intel 8080時序的MCU連接時需要進行時序轉換。

　　2 顯示模塊結構

　　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行輸出的行驅動器和2片列驅動控制器，其中每片列驅動器有64路輸出。行驅動器與MCU沒有關系，只要提供電源就能產生驅動信號和同步信號，模塊的外部信號僅與列驅動器有關。列驅動器內置64×64位顯示存儲器，RAM被分為8頁，每頁8行;顯示屏上各像素點顯示狀態與顯示存儲器各位數據一一對應，顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動信號，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

　　模塊引腳功能如表1所列。模塊的指令系統與液晶顯示驅動控制器HD61202兼容，共有7條指令。這里不作詳細描述，僅列出表2指令列表。其中，前兩條為顯示狀態設置類指令，其余的為讀寫操作類指令。

　　3 顯示模塊與Cygnal單片機硬件接口設計

　　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寄存器內容，判斷“忙”標志，不忙時才可以訪問。直接訪問方式是將模塊接口作為存儲器或I/O設備直接掛在MCU總線上，MCU以訪問存儲器或I/O設備方式對模塊進行操作。間接訪問方式是MCU通過軟件模擬控制時序對模塊進行操作。這里介紹的是Cygnal C8051F020單片機與VGS12864E的間接訪問接口設計。

　　C8051F020是美國Cygnal公司推出的一種混合信號SoC型8位單片機，是集成度很高的混合信號系統級的芯片。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、流水線結構的8051兼容的CIP51內核（可達25 MIPS）。該MCU具有P0~P7共64個通用I/O端口，每個端口引腳都可以被配置為推挽輸出或漏級開路輸出。對于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的輸出能更好地驅動5 V輸入的OLED，需要對系統進行額外配置。除了將對應端口的輸出方式設置為“漏極開路”外，還應在電路上將每個端口通過一個上拉電阻接到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動程序（即寫指令和寫數據），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現程序。由于此模塊指令系統與液晶顯示驅動控制器HD61202兼容,故這些程序具有較高的通用性。對于字符漢字顯示，該模塊的字符庫數據特點是以列數據形式編制，即1個字節數據表示1列8×1的數據，和通常的字符庫相比，該字符是旋轉了90°的字模數據。使用Zimo21.exe取字模軟件，并設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的數據是低位在前，高位在后，為進一步實現中西文的正確顯示，還需對通過上述方法取得的字模的每個字節的高低位進行一次對調，程序中使用了一個數組UpsetChar[]來實現。程序中使用的西文字符是16×8點陣，漢字是16×16點陣。

　　Cygnal單片機通過間接訪問方式控制OLED。其I/O端口需要進行配置，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
}

　　對顯示模塊進行寫指令操作和寫數據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的片選信號，而寫指令與寫數據的差別在于寫數據時置位RS寄存器選擇信號。初始化操作完成顯示位置的確定和打開顯示。現以寫左半屏命令和寫左半屏數據為例，說明各操作函數。

　　（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
　　 r_w=0; r_w=0; r_w=0;
　　 P5=com;　　　　　　　　 //將命令字節送I/O口
　　 e=1; e=1; e=1;
　　 e=0; e=0; e=0;　　　　 //在E下降沿，命令字節被寫
　　　　　　　　　　　　　　 //入列驅動器
}

　　（2） 寫左半屏數據
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
　　 d_i=1; d_i=1; d_i=1;
　　 r_w=0; r_w=0; r_w=0;
　　 P5=dat;　　　　　　　　 //將數據字節送I/O口
　　 e=1; e=1; e=1;
　　 e=0; e=0; e=0;　　　　 //在E下降沿，數據字節被寫
　　　　　　　　　　　　　　 //入列驅動器
}
　　
　　其中，讀狀態位的函數采用查詢標志位的方式，即
void read_status() reentrant {
　　 uchar busy;
　　 uchar temp;
　　 d_i=0; d_i=0; d_i=0;　　//進行指令操作
　　 r_w=1; r_w=1; r_w=1;　　//進行讀操作
　　 do {
　　　　 P5=0xff;
　　　　 e=1; e=1; e=1;
　　　　 busy=P5;　　　　　　 //讀入P5端口狀態
　　　　 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);　　　//設置頁號
　　wr_command1();
　　wr_command2();
　　com=0x40;　　　　 　　//設置起始列為0，寫操作完
　　　　　　　　　　　　　 //后列地址計數器自動加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點陣字模數據
　　dat=UpsetChar[dat];
　　　　　　　　　　　　　 //將每個字節數據高低位進行對調
　　if(column8<=7)
　　　　　　　　　　　　　 //如果設置的所寫位置在左半屏，調用寫左半屏
　　　　　　　　　　　　　 //數據的函數
　　wr_data1();
　　else
　　　　　　　　　　　　　 //如果設置的所寫位置在右半屏，調用寫右半屏
　　　　　　　　　　　　　 //數據的函數
　　wr_data2();
　　}
　　page8++;
　　set_position(page8,column8);//設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點陣字模數據
　　dat=UpsetChar[dat];
　　　　　　　　　　　　　 //將每個字節數據高低位進行對調
　　if(column8<=7)
　　　　　　　　　　　　　 //如果設置的所寫位置在左半屏，調用寫左半屏
　　　　　　　　　　　　　 //數據的函數
　　wr_data1();
　　else
　　　　　　　　　　　　　 //如果設置的所寫位置在右半屏，調用寫右半屏數據的函數
　　wr_data2();
　　　　}
　　}

　　5 結論

　　OLED顯示技術有著廣泛的應用前景。采用此技術的VGS12864E顯示模塊具有與MCU接口方便、顯示功能強和編程簡單等優點，具有廣泛的應用價值。上面介紹的接口設計與軟件編程已成功應用于數據采集系統中的系統工作參數的顯示，效果良好；再配合按鍵控制進行反顯、參數設置、翻頁等，建立了良好的人機交互界面。