SSD1306 OLED驱动芯片详细介绍

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SSD1306 OLED驱动芯片详细介绍

2023-08-22 05:11| 来源: 网络整理| 查看: 265

SSD1306是一款OLED驱动芯片，拥有最大128*64像素支持，广泛应用在小尺寸OLED显示屏的驱动中。

SSD1306使用介绍简介器件特性 SSD1306结构介绍内部结构图引脚分配图引脚说明其他引脚：电源引脚：驱动器输出引脚：MCU接口引脚：上电复位MCU总线接口 MCU总线接口配置 MCU总线接口类型4线SPI引脚配置：写入时序： 3线SPI引脚配置：写入时序： IIC基础配置：写入时序：读写控制 GDDRAM内部结构三种GDDRAM寻址模式页寻址水平寻址垂直寻址指令详解基础指令地址指令硬件指令时序和指令滚动指令自己写的驱动程序（C51）

简介

SSD1306是一款带控制器的用于OLED点阵图形显示系统的单片CMOS OLED/PLED驱动器。它由128个SEG（列输出）和64个COM（行输出）组成。该芯片专为共阴极OLED面板设计。 SSD1306内置对比度控制器、显示RAM（GDDRAM）和振荡器，以此减少了外部元件的数量和功耗。该芯片有256级亮度控制。数据或命令由通用微控制器通过硬件选择的6800/8000系通用并行接口、I2C接口或串行外围接口发送。该芯片适用于许多小型便携式应用，如手机副显示屏、MP3播放器和计算器等。

器件特性分辨率：128 x 64 点阵电源：对于集成逻辑电路，VDD=1.65V3.3V；对于面板驱动，VCC=7V至15V点阵驱动：OLED驱动输出电压，最大15V；SEG最大源电流：100uA；COM最大汇电流：15mA；256阶对比度亮度电流控制内置128 x 64位SRAM显示缓冲区引脚可选择的MCU接口：8位6800/8080串并接口、 3/4线串行外围接口、I2C接口水平和垂直方向的屏幕保持连续滚动功能RAM写同步信号可编程帧速率和复用率行重映射和列重映射片内内置振荡器COG和COF的芯片封装工作温度范围广：-40°C至85°C SSD1306结构介绍内部结构图

在这里插入图片描述

引脚分配图

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引脚说明其他引脚： IREF：段输出电流参考脚，VSS间应连接一个电阻，以将IREF电流保持在12.5uACL：外部时钟输入引脚。用外部时钟时，此引脚输入外部时钟信号。用内部时钟时应连接到VSSCLS：内部时钟启用引脚。拉高时内部时钟启用，拉低时内部时钟禁用，FR：用于输出RAM写同步信号，不使用应当NC pin处理TR0~TR6：测试保留引脚，当做NC pin处理NC：空引脚，不要短接电源引脚： VDD：芯片逻辑器件供电引脚VCC：显示面板驱动电源引脚VSS：接地引脚VLSS：模拟接地引脚，在外部连接到VSSVCOMH：用于COM的高电平电压输出的引脚，与VSS之间应该连接一个电容驱动器输出引脚： SEG0~SEG127：列输出脚，OLED关闭时，处于VSS状态COM0~COM63：行输出脚，OLED关闭时，处于高阻抗状态 MCU接口引脚： B[2:0]：MCU总线接口选择脚。通过配置B0~B2来选择不同的MCU总线接口。D[7:0]：连接到MCU的8位双向数据总线，不同MCU总线接口有不同用法D/C#：数据/命令控制脚，不同MCU总线接口有不同用法R/W#(WR#)：与6800/8080通用并行总线接口相关，使用串行接口时作拉高处理E (RD#)：与6800/8080通用并行总线接口相关，使用串行接口时作拉高处理RES#：复位信号引脚，低电平有效。CS#：芯片片选引脚，低电平有效上电复位

当RES#输入低电平时，芯片开始如下的初始化进程：

关闭显示（AEH）进入128x64 显示模式恢复到默认的SEG和COM映射关系（A0H，D3H-00H）清除串行接口中移位寄存器内的数据GDDRAM显示开始行设为0（40H）列地址计数器重置为0恢复到默认的COM扫描方向（C0H）对比度寄存器初始化为7FH（81H-7FH）正常显示模式（A4H） MCU总线接口 MCU总线接口配置

SSD1306驱动器集成了 6800/8080 系列通用并行接口，串行接口：SPI 接口以及 IIC 接口。通过SSD1306的 BS[2:0]引脚来选择使用的接口类型，如下图（1为拉高，0为拉低）：

在这里插入图片描述 MCU不同总线接口的引脚配置如下图所示：

在这里插入图片描述

MCU总线接口类型

（6800/8080系列通用并行接口不多介绍）

4线SPI 引脚配置：

4线SPI接口包括：串行时钟（SCLK）、串行数据（SDIN）、数据/命令控制（D/C#）、片选（CS#）。在4线SPI模式下，D0用作SCLK，D1用作SDIN。对于未使用的数据管脚，D2应保持打开状态。从D3到D7，E和R/W#(WR#)的引脚连接到外部地（拉低）。在这里插入图片描述

写入时序：

在SCLK每个上升沿，SDIN上的数据按 D7，D6，…，D0 的顺序（高位在前）移位到一个8位移位寄存器中。每八个时钟对D/C#进行一次采样，移位寄存器中的8位数据根据D/C#的采样结果决定写入到图形显示数据RAM（GDDRAM）或命令寄存器。 4线SPI的写时序如下所示：在这里插入图片描述

3线SPI 引脚配置：

3线SPI接口包括：串行时钟（SCLK）、串行数据（SDIN）和片选（CS#）。在3线SPI模式下，D0用作SCLK，D1用作SDIN。对于未使用的数据管脚，D2应保持打开状态。从D3到D7，R/W#（WR#），E，D/C# 的引脚连接到外部地（拉低）。在这里插入图片描述

写入时序：

在这里插入图片描述该操作类似于4线串行接口，但不使用D/C#引脚。一共9位数据按高位在前的顺序，每9个时钟后全部移位到移位寄存器中：D/C#位（数据首位），D7到D0位。D/C# 位将确定移位寄存器中的8位（D7~D0）数据字节写入GDDRAM（D/C#=1）或命令寄存器（D/C#=0）。串行模式下，只允许写操作。

IIC 基础配置：

IIC总线包含从机地址位 SA0，数据信号线 SDA（SDAOUT/D2输出和SDAIN/D1输入）和时钟信号线 SCL组成。SDA和SCL线都必须接上拉电阻，RES#用来初始化芯片。 IIC设备在数据传输之前都必须识别从机地址。SSD1306的从机地址有 0111100b 和 0111101b 两种，通过将SA0(D/C#)脚上拉到高电平可以设置从机地址第七位为 1，将SA0(D/C#)脚下拉到低电平可以设置从机地址第七位为 0。通过SA0(D/C#)脚的上拉和下拉来设置从机地址，从而令总线上可以存在最多2个SSD1306驱动器。

在这里插入图片描述 SDAOUT/D2和SDAIN/D1连接到一起作为SDA。SDAIN引脚必须连接到SDA，SDAOUT引脚可以不连接。当SDAOUT引脚不连接，应答信号将会被12C总线忽略。

写入时序：

IIC写入时序如下所示：

主机先发起开始（START）信号，然后发送1byte首字节，包括从机地址(7位)和读写数据位(1位，最低位，0为写模式)，驱动器识别从机地址为本机地址之后，将会发出应答信号(ACK) 。（首字节组成如下图所示）主机收到从机（驱动器）的应答信号之后，随后传输1byte控制字节。一个控制字节主要由 CO 和 D/C# 位后面再加上六个0组成的。（控制字节组成如下图所示）如果Co为0，后面传输的信息就只包含数据字节。 D/C# 位决定了下个数据字节是作为命令还是数据。D/C# 为0时，下一个数据被视为命令；DC# 为1时，下一个数据被视为显示数据，存储到GDDRAM中。收到控制字节ACK信号之后，传输要写入的数据字节。传输完毕之后主机发出结束（STOP）信号

在这里插入图片描述

读写控制

SSD1306通过 D/C# 和 R/W# 两位来确定：读/写数据，写命令和读状态四种通信行为。具体如下图，不再赘述：在这里插入图片描述

GDDRAM内部结构

显示RAM：GDDRAM（Graphic Display Data RAM ）内部结构如下所示： GDDRAM是位映射静态RAM，大小为 128x64 位。GDDRAM分为8页（PAGE0~PAGE7），每页内 1个SEG对应1Byte数据，一页由 128 Byte 组成。一帧显示数据为 1024 Byte（1KB）。在这里插入图片描述 1个数据字节写入GDDRAM时，当前列（SEG）同一页（PAGE）的所有行（COM）图像数据都被填充（即由列地址指针指向的整列（8位）被填充）。数据位D0写入顶行，数据位D7写入底行。（由上到下，由低到高）在这里插入图片描述

三种GDDRAM寻址模式页寻址

页寻址模式是器件默认选择的GDDRAM寻址模式，通过“20H，02H”命令可以设置寻址模式为页寻址。页寻址模式下，寻址只在一页（PAGEn）内进行，地址指针不会跳到其他页。每次向GDDRAM写入1byte显示数据后，列指针会自动+1。当128列都寻址完之后，列指针会重新指向SEG0而页指针仍然保持不变。通过页寻址模式我们可以方便地对一个小区域内数据进行修改。在这里插入图片描述

水平寻址

水平寻址模式可以通过指令“20H,00H”来设置。水平寻址模式下，每次向GDDRAM写入1byte数据后，列地址指针自动+1。列指针到达结束列之后会被重置到起始列，而页指针将会+1。页地址指针达到结束页之后，将会自动重置到起始页。水平寻址模式适用于大面积数据写入，例如一帧画面刷新。（下图所示起始页为0，结束页为7；起始列为0，结束列为127）在这里插入图片描述

垂直寻址

垂直寻址模式可以通过指令“20H,01H”来设置。垂直寻址模式下，每次向GDDRAM写入1byte数据之后，页地址指针将会自动+1。页指针到达结束页之后会被重置到0，而列指针将会+1。列地址指针达到结束页之后，将会自动重置到起始列。（下图所示起始页为0，结束页为7；起始列为0，结束列为127）在这里插入图片描述

指令详解基础指令自己整理的指令表总括如下：

在这里插入图片描述 1.设置对比度（81H+A[7:0]）这是一条双字节指令，由第二条指令指定要设置的对比度级数。 A[7:0] 从 00H~FFH 分别指定对比度为 1~256 级。SEG（段）输出的电流大小随对比度级数的增加而增加。

2.设置全屏全亮（A4H / A5H）这是一条单字节指令，用于开关屏幕全亮模式。 A4H 设置显示模式为正常模式，此时屏幕输出GDDRAM中的显示数据。 A5H 设置显示模式为全亮模式，此时屏幕无视GDDRAM中的数据，并点亮全屏。通过A5H设置全屏点亮之后可以通过A4H来回复正常显示。

3.设置正常/反转显示（A6H / A7H）这是一条单字节指令，用于设置屏幕显示 A6H 设置显示模式为 1亮0灭，而 A7H 设置显示模式为 0亮1灭

4.开关显示屏（AEH / AFH）这是一条单字节指令。 AEH 关闭屏幕，而 AFH 开启屏幕。屏幕关闭时，所有SEG和COM的输出被分别置为Vss和高阻态。

地址指令自己整理的指令表总括如下：

在这里插入图片描述 1.设置GDDRAM寻址模式（20H+A[1:0]）这是一条双字节指令，由 A[1:0] 指定要设置的地址模式。 A[1:0]=00b时为水平地址模式；A[1:0]=01b时为垂直地址模式；A[1:0]=10b时为页地址模式；A[1:0]=11b时为无效指令；由于第二条指令前6位值无规定，所以直接用0替代，得到：00H-水平；01H-垂直；02H页

2.设置起始/终止列地址（21H+A[6:0]+B[6:0]）这是一条三字节指令，由A[6:0]指定起始列地址，B[6:0]指定终止列地址。同样，由于前1位值无规定，所以：A[6:0] 和 B[6:0] 从 00H~7FH 的取值指定起始/终止列地址为 0~127。这条指仅在水平/垂直模式下有效，用来设置水平/垂直模式的初始列和结束列

3.设置起始/终止页地址（22H+A[2:0]+B[2:0]）这是一条三字节指令，由A[2:0]指定起始也地址，B[2:0]指定终止页地址。由于前5位值无规定，所以：A[2:0]和B[2:0]从 00H~07H 的取值指定起始/终止页地址为 0~7。这条指仅在水平/垂直模式下有效，用来设置水平/垂直模式的初始页和结束页

4.设置起始列地址低位（00H~0FH）这是一条单字节指令。高4位恒定为0H，低4位为要设置的起始列地址的低4位。这条指令仅用于页寻址模式。

5.设置起始列地址高位（10H~1FH）这是一条单字节指令高4位恒定为1H，低4位为要设置的起始列地址的高4位。这条指令仅用于页寻址模式。

6.设置页地址（B0H~B7H）这是一条单字节指令高4位恒定为BH，第5位规定为0，低3位用于设置页地址，从 B0H~B7H 分别设置起始页为 0~7。这条指令仅用于页寻址模式。

硬件指令自己整理的指令表总括如下：

在这里插入图片描述 1.设置GDDRAM起始行（40H~7FH）这是一条单字节指令。高2位规定为01b，由低6位的取值来决定起始行。整体指令从 40H~7FH 分别设置起始行为 0~63。

2.设置SEG映射关系（A0H / A1H）这是一条单字节指令。 A0H 设置GDDRAM的COL0映射到驱动器输出SEG0。 A1H 设置COL127映射到SEG0

3.设置COM扫描方向（C0H / C8H）这是一条单字节指令。 C0H 设置从COM0扫描到COM[N-1]，N为复用率 C1H 设置从COM[N-1]扫描到COM0

4.设置复用率（A8H+A[5:0]）这是一条双字节指令，由A[5:0]指定要设置的复用率复用率（MUX ratio）即选通的COM行数，不能低于16，通过A[5:0]来指定。 A[5:0] 高两位无规定视为0，所以第二条指令从 0FH~3FH 的取值设置复用率为 1~64（即A[5:0]+1）。A[5:0]从0到14的取值都是无效的。

5.设置垂直显示偏移（D3H+A[5:0]）这是一条双字节指令，由A[5:0]指定偏移量。垂直显示偏移即整个屏幕向上移动的行数，最顶部的行会移到最底行。 A[5:0] 高两位无规定视为0，所以第二条指令从0FH~3FH的取值设置垂直偏移为 0~63

6.设置COM硬件配置（DAH+A[5:4]）这是一条双字节指令，由A[5:4]进行设置。 A[5] 位设置COM左右反置，A[4] 用来设置序列/备选引脚配置，其他位有规定，规定如下所示。

在这里插入图片描述 SSD1306的COMn引脚一共有左边 COM32~COM63 和右边 COM0~COM31 共64个（金手指面朝上方）。通过设置A[5]可以让左右COM引脚的输出互换。A[5]=0时禁止左右反置，A[5]=1时启用左右反置。 COM引脚的排列有序列和奇偶间隔（备选）两种，通过A[4]进行设置。A[4]=0时使用序列COM引脚配置，A[5]=1时使用奇偶间隔（备选）COM引脚配置。

时序和指令自己整理的指令表总括如下：

在这里插入图片描述 1.设置显示时钟分频数和fosc （D5H+A[7:0]） 2.设置预充电周期（D9H+A[7:0]） 3.设置VCOMH输出的高电平（DBH+A[6:4]） 4.空操作（E3H）

滚动指令自己整理的指令表总括如下：

在这里插入图片描述

自己写的驱动程序（C51） /********************************************************************************** * 程序名: SSD1306驱动程序 * 作者: DaveoCKII * 日期: 2020.3.12 * 版本: STC12C5A60S2 **********************************************************************************/ #ifndef _SSD1306_H_ #define _SSD1306_H_ #include //------------------------------------定义列表------------------------------------// sbit SCL = P3^4; // 时钟线 sbit SDA = P3^3; // 数据线 //------------------------------------函数列表------------------------------------// void OLED_Init(void); // OLED 初始化 void OLED_Clear(void); // OLED 清屏 void OLED_WriteCmd(unsigned char cmd); // OLED 单次写命令 void OLED_WriteDat(unsigned char dat); // OLED 单次写数据 void OLED_WriteC(unsigned char cmd); // OLED 连续写命令在结尾要加上IIC_STOP(); void OLED_WriteD(unsigned char dat); // OLED 连续写数据在结尾要加上IIC_STOP(); void OLED_Frame(unsigned char P[8][128]); // OLED 一帧图像写入 //------------------------------------内部函数------------------------------------// static void IIC_START(void); // IIC_开始信号 (重开始信号用此替代) static void IIC_STOP(void); // IIC_结束信号 static unsigned char IIC_WaitACK(void); // IIC_等待应答返回值: 0:NACK 1:ACK static void IIC_Write(unsigned char dat); // IIC_写数据函数参数:要写入的数据 static unsigned char IIC_Read(void); // IIC_读数据函数返回值:读到的数据 static void delay1us(void); // 延时1us //------------------------------------函数内容------------------------------------// void OLED_WriteD(unsigned char dat) { IIC_START(); // 通信开始 IIC_Write(0X78); // 写从机地址'0111 100' 读写符号'0' IIC_WaitACK(); IIC_Write(0X40); // 写数据 Co='0' C/D='100 0000' IIC_WaitACK(); IIC_Write(dat); // 写入数据 IIC_WaitACK(); } void OLED_WriteC(unsigned char cmd) { IIC_START(); // 通信开始 IIC_Write(0X78); // 写从机地址'0111 100' 读写符号'0' IIC_WaitACK(); IIC_Write(0X00); // 写命令 Co='0' C/D='000 0000' IIC_WaitACK(); IIC_Write(cmd); // 写入命令 IIC_WaitACK(); } void OLED_WriteDat(unsigned char dat) { OLED_WriteD(dat); IIC_STOP(); // 通信结束 } void OLED_WriteCmd(unsigned char cmd) { OLED_WriteC(cmd); IIC_STOP(); // 通信结束 } void OLED_Init(void) { OLED_WriteC(0XAE); // 关OLED显示 // 基础设置 OLED_WriteC(0XA4); // 输出GDDRAM内容 OLED_WriteC(0XA6); // 正常显示(1亮0灭) OLED_WriteC(0X81); // 设置对比度 OLED_WriteC(0X7F); // 第127级对比度 // COM和SEG输出设置 OLED_WriteC(0XD3); // 设置垂直显示偏移(向上) OLED_WriteC(0X00); // 偏移0行 OLED_WriteC(0X40); // 设置GDDRAM起始行 0 OLED_WriteC(0XA8); // 设置MUX数 (显示行数) OLED_WriteC(0X3F); // MUX=63 (显示63行) OLED_WriteC(0XA1); // 左右反置关(段重映射) OLED_WriteC(0XC8); // 上下反置关(行重映射) OLED_WriteC(0XDA); // 设置COM引脚配置 OLED_WriteC(0X02); // 序列COM配置,禁用左右反置 // 时钟设置 OLED_WriteC(0XD5); // 设置DCLK分频和OSC频率 OLED_WriteC(0X80); // 无分频,第8级OSC频率 // 开OLED OLED_WriteC(0X8D); // 启用电荷泵 OLED_WriteC(0X14); // 启用电荷泵 OLED_WriteC(0XAF); // 开OLED显示 IIC_STOP(); } void OLED_Clear(void) { unsigned char i,j; OLED_WriteC(0X00); // 水平寻址模式 OLED_WriteC(0X21); // 设置列起始和结束地址 OLED_WriteC(0X00); // 列起始地址 0 OLED_WriteC(0X7F); // 列终止地址 127 OLED_WriteC(0X22); // 设置页起始和结束地址 OLED_WriteC(0X00); // 页起始地址 0 OLED_WriteC(0X07); // 页终止地址 7 for(i=0; i SCL = 0; // SCL拉低防止可能出现的各种误动作 delay1us(); SDA = 1; // SDA拉高 SCL = 1; // SCL拉高准备发出起始信号 delay1us(); SDA = 0; // SDA拉低发出起始信号 SCL = 0; // SCL拉低开始传输 } static void IIC_STOP(void) { SCL = 0; // SCL拉低防止可能出现的各种误动作 SDA = 0; // SDA拉低 SCL = 1; // SCL拉高准备发出结束信号 delay1us(); SDA = 1; // SDA拉高发出结束信号 } static unsigned char IIC_WaitACK(void) { bit s; SCL = 0; // 拉低SCL delay1us(); SDA = 1; // 拉高SDA 主机释放总线 delay1us(); SCL = 1; // 拉高SCL delay1us(); s = SDA; // 采集SDA信号线状态 delay1us(); SCL = 0; // 拉低SCL 结束询问ACK if(s) return 0; // 无应答(ACK) else return 1; // 有应答(ACK) } static void IIC_Write(unsigned char dat) { unsigned char i; for(i=0; i } //---------------------------------------------------------------------------------// //------------------------------------定义结束--------------------------------------// //---------------------------------------------------------------------------------// #endif

DaveoCKII2020.3.23

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