M0+MAC+TCP/IP 以太网单芯片方案 W7500EVB用户手册连载（13）--实战篇

WSGustin

W7500（W7500P）芯片简介：
W7500 芯片为工业级以太网单芯片解决方案， 集成 ARM Cortex-M0,128KB Flash 及全硬件TCP/IP 核（和W5500、W5100内核一致），特别适用于物联网领域。 使用 W7500EVB， 让您轻松完成原型开发。

全硬件TCP/IP核的最大优点是他在执行联网操作时不需要占用MCU的运行资源，大大增加了MCU的工作效率。

本次试验目的是通过W7500EVB的SPI总线实现与OLED屏通信。将会利用W7500EVB的 PB0，PB1，PB2，PB3管脚和SPI总线的通信管脚来点亮OLED屏，实现字符显示。

想了解更多关于WIZnet W7500更多信息，或者有技术问题请联系我们：gustin@wisioe.com
深圳炜世科技—WIZnet官方代理商，全程技术支持，价格绝对优势！
电话：0755-86568556
邮箱：support@wisioe.com

WSGustin

第十四章 OLED试验

本次试验目的是通过W7500EVB的SPI总线实现与OLED屏通信。将会利用W7500EVB的 PB0，PB1，PB2，PB3管脚和SPI总线的通信管脚来点亮OLED屏，实现字符显示。
本章分为如下几个部分：
14.1 OLED 简介
14.2 硬件设计
14.3 软件设计
14.4 下载验证

14.1 OLED 简介

OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（OrganicElectroluminesence Display， OELD）。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示，OLED效果要来得好一些。以目前的技术， OLED 的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高，如图14.1.1所示：
在本章中，我们使用的是 OLED 显示模块，该模块有以下特点：
1） 模块有单色和双色两种可选，单色为纯蓝色，而双色则为黄蓝双色。
2） 尺寸小，显示尺寸为 0.96 寸，而模块的尺寸仅为 27mm*26mm 大小。
3） 高分辨率，该模块的分辨率为 128*64。
4） 多种接口方式，该模块提供了总共 5 种接口包括：6800、8080 两种并行接口方式、3线或 4 线的串行 SPI 接口方式、IIC 接口方式（只需要 2 根线就可以控制 OLED 了！）。
5） 不需要高压，直接接 3.3V 就可以工作了。

图14.1.1 0.96寸OLED正反面图

OLED 模块的接口方式需要如下一些信号线：
CS： OLED 片选信号。
SCK：时钟线。
SDA：数据线。
RST(RES)：硬复位 OLED。
DC：命令/数据标志（0，读写命令； 1，读写数据）。

在 4 线 SPI 模式下，每个数据长度均为 8 位，在 SCK 的上升沿，数据从 SDA 移入到SSD1306，并且是高位在前的。 DC 线是用作命令/数据的标志线。写操作的时序如图14.1.2所示：

图14.1.2 SPI通信时序图

接下来，介绍一下模块的显存， SSD1306 的显存总共为 128*64bit 大小， SSD1306 将这些显存分为了 8 页，如图14.1.3所示：

图14.1.3 OLED模块的显存

可以看出， SSD1306 的每页包含了128个字节，总共 8 页，这样刚好是 128*64 的点阵大小。因为每次写入都是按字节写入的，这就存在一个问题，如果使用只写方式操作模块，那么，每次要写8个点，这样，在画点的时候，就必须把要设置的点所在的字节的每个位都搞清楚当前的状态（0/1），否则写入的数据就会覆盖掉之前的状态，结果就是有些不需要显示的点，显示出来了，或者该显示的没有显示了。这个问题在能读的模式下，可以先读出来要写入的那个字节，得到当前状况，在修改了要改写的位之后再写进 GRAM，这样就不会影响到之前的状况了。但是这样需要能读 GRAM，对于 3 线或 4 线 SPI 模式，模块是不支持读的，而且读->改->写的方式速度也比较慢。所以采用的办法是在 W7500 的内部建立一个 OLED 的 GRAM（共128*8个字节），在每次修改的时候，只是修改 W7500 上的 GRAM（实际上就是 SRAM），在修改完了之后，一次性把 W7500 上的 GRAM 写入到 OLED 的 GRAM。这里仅介绍几个比较常用的命令，如图14.1.4所示：

图14.1.4 OLED常用的命令

第一个命令为 0X81，用于设置对比度的，这个命令包含了两个字节，第一个 0x81 为命令，随后发送的一个字节为要设置的对比度的值。这个值设置得越大屏幕就越亮。

第二个命令为 0XAE/0XAF。 0XAE 为关闭显示命令； 0XAF 为开启显示命令。

第三个命令为 0X8D，该指令也包含2个字节，第一个为命令字，第二个为设置值，第二个字节的 BIT2 表示电荷泵的开关状态，该位为 1，则开启电荷泵，为 0 则关闭。在模块初始化的时候，这个必须要开启，否则是看不到屏幕显示的。

第四个命令为 0XB0~B7，该命令用于设置页地址，其低三位的值对应着 GRAM 的页地址。

第五个指令为 0X00~0X0F，该指令用于设置显示时的起始列地址低四位。

第六个指令为 0X10~0X1F，该指令用于设置显示时的起始列地址高四位。

最后，再来介绍一下 OLED 模块的初始化过程，SSD1306 的典型初始化框图，如图14.1.5所示：

图14.1.5 OLED初始化流程图

驱动 IC 的初始化代码，直接使用厂家推荐的设置就可以了，只要对细节部分进行一些修改，使其满足自己的要求即可，其他不需要变动。OLED 的介绍就到此为止，我们重点向大家介绍了 OLED 模块的相关知识，接下来将使用这个模块来显示字符和数字。通过以上介绍，可以得出 OLED 显示需要的相关设置步骤如下：

1 设置 W7500 与 OLED 模块相连接的 IO。

这一步，先将与 OLED 模块相连的 IO 口设置为输出，具体使用哪些 IO 口，这里需要根据连接电路以及 OLED 模块所设置的通讯模式来确定。这些将在硬件设计部分向大家介绍。

2 初始化 OLED 模块。

其实这里就是上面的初始化框图的内容，通过对 OLED 相关寄存器的初始化，来启动 OLED的显示。为后续显示字符和数字做准备。

3 通过函数将字符和数字显示到 OLED 模块上。

这里就是通过设计的程序，将要显示的字符送到 OLED 模块就可以了，这些函数将在软件设计部分向大家介绍。

通过以上三步，就可以使用 OLED 模块来显示字符和数字了。

14.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

1)      OLED模块

OLED 模块的电路在前面已有详细说明了，这里介绍一下 OLED 模块与W7500EVB的连接。开发板的 OLED 接口（U3接口） 和 OLED 模块直接可以对插，如图14.2.1所示：

14.2.1 W7500EVB OLED排针原理图

0.96"OLED屏接W7500的SPI1硬件接线定义

OLED_SCK     ---> W7500_PB1         OLED屏的时钟管脚

OLED_SDA    ---> W7500_PB3         OLED屏的数据传输管脚

OLED_RES     ---> W7500_PB2         OLED屏的复位管脚
低电平时对模块进行复位操作，运行中应一直处于高电平

OLED_DC      ---> W7500_PB0         OLED屏的数据/命令管脚
低电平时传输的是数据，高电平时传输的是指令

OLED_CS       ---> GND                         OLED屏的片选管脚
低电平时对模块操作有效，高电平时对模块操作无效

14.3 软件设计

在W7500EVB OLED试验中可以发现 user文件下面有一个 oled.c 文件，同时包含了头文件 oled.h。

oled.c 的代码，由于比较长，这里我们就不贴出来了，仅介绍几个比较重要的函数。首先是 OLED_Init 函数，该函数的结构比较简单，开始是对 IO 口的初始化，其他就是一些初始化序列了，按照厂家提供的资料来做就可以。最后要说明一点的是，因为 OLED 是无背光的，在初始化之后，把显存都清空了，所以在屏幕上是看不到任何内容的，跟没通电一个样，不要以为这就是初始化失败，要写入数据模块才会显示的。 OLED_Init 函数代码如下：

1. void OLED_Init(void)
   
2. {
   
3.   OLED_GPIO_init();
   
4.   OLED_RES();
   
5.   delay_ms(100);
   
6.   OLED_SPI_DATA(0xAE,0);
   
7.   OLED_SPI_DATA(0x20,0);
   
8.   OLED_SPI_DATA(0x10,0);
   
9.   OLED_SPI_DATA(0xb0,0);
   
10.   OLED_SPI_DATA(0xc8,0);
    
11.   OLED_SPI_DATA(0x00,0);
    
12.   OLED_SPI_DATA(0x10,0);
    
13.   OLED_SPI_DATA(0x40,0);
    
14.   OLED_SPI_DATA(0x81,0);
    
15.   OLED_SPI_DATA(0xff,0);
    
16.   OLED_SPI_DATA(0xa1,0);
    
17.   OLED_SPI_DATA(0xa6,0);
    
18.   OLED_SPI_DATA(0xa8,0);
    
19.   OLED_SPI_DATA(0x3F,0);
    
20.   OLED_SPI_DATA(0xa4,0);
    
21.   OLED_SPI_DATA(0xd3,0);
    
22.   OLED_SPI_DATA(0x00,0);
    
23.   OLED_SPI_DATA(0xd5,0);
    
24.   OLED_SPI_DATA(0xf0,0);
    
25.   OLED_SPI_DATA(0xd9,0);
    
26.   OLED_SPI_DATA(0x22,0);
    
27.   OLED_SPI_DATA(0xda,0);
    
28.   OLED_SPI_DATA(0x12,0);
    
29.   OLED_SPI_DATA(0xdb,0);
    
30.   OLED_SPI_DATA(0x20,0);
    
31.   OLED_SPI_DATA(0x8d,0);
    
32.   OLED_SPI_DATA(0x14,0);
    
33.   OLED_SPI_DATA(0xaf,0);
    
34.   OLED_CLS();
    
35. }

复制代码

在OLED初始化里有用到OLED_SPI_DATA，OLED_SPI_DATA函数是用来发送数据的，可以选择发送的是命令还是数据。

1. void OLED_SPI_DATA(uint8 data,uint8 cod)；

复制代码

OLED_SPI_DATA函数的第一个传参是需要发送的数据，第二个传参是选择发送的数据为命令还是数据。

如果要将坐标改成左上脚的第一个点上，可以调用OLED_SPI_DATA函数来发送以下命令：

1. OLED_SPI_DATA((0xB0 + x),0);  //x = 0
   
2. OLED_SPI_DATA((0x0F & y),0);  //y = 0
   
3. OLED_SPI_DATA(0x10 | (0xF0 & y),0);

复制代码

其中 x 的范围为： 0~127； y 的范围为： 0~63。

画点函数OLED_DrawPoint函数代码如下：

1. void OLED_DrawPoint(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t data)
   
2. {
   
3.   OLED_SPI_DATA(0xB0 + x,0);
   
4.   OLED_SPI_DATA(0x0F & y,0);
   
5.   OLED_SPI_DATA(0x10 | (0xF0 & y),0);
   
6.   OLED_SPI_DATA(data,1);
   
7. }

复制代码

OLED_DrawPoint函数有3个参数，前两个是坐标，第三个 data 为要写入 1 还是 0。该函数实现了在 OLED模块上任意位置画点的功能。

在介绍完画点函数之后，再介绍一下显示字符函数，在介绍之前，先来看一下字符（ASCII 字符集）是怎么显示在 OLED 模块上去的。要显示字符，先要有字符的点阵数据， ASCII 常用的字符集总共有95个，从空格符开始，分别为： ! " # $ % & ' ( ) * + ， - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ：   ; < = > ? @ A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ ` a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z { | } ~ . 先要得到这个字符集的点阵数据，这里使用的字符提取软件为：PCtoLCD2002 完美版，如图14.3.1所示：

图14.3.1 取摸软件

然后选择设置，在设置里面设置取模方式，如图14.3.2所示：

图14.3.2 取摸软件设置图

在知道了取模方式之后，就可以根据取模的方式来编写显示字符的代码了，这里针对以上取模方式的显示字符代码如下：

1. void OLED_ASCII(uint8 x,uint8 y,uint16 site)
   
2. {
   
3.   uint8 i;
   
4.   for(i = 0;i < 16;i++)
   
5.   {
   
6.     if((i % 8) == 0)
   
7.    {
   
8.     if(i != 0)
   
9.       x++;
   
10.     OLED_SPI_DATA(0xB0 + x,0);
    
11.     OLED_SPI_DATA(0x10 | ((0xF0 & y) >> 4),0);
    
12.     OLED_SPI_DATA((0x0F & y) | 0x01,0);
    
13.     }
    
14.     OLED_SPI_DATA(ASCII_8x16[i + site],1);
    
15.   }
    
16. }

复制代码

该函数为字符以及字符串显示的核心部分，函数中 chr=chr-' ';这句是要得到在字符点阵数据里面的实际地址，因为我们的取模是从空格键开始的，例如 oled_asc2_1206[0][0]，代表的是空格符开始的点阵码。在接下来的代码，也是按照从上到小，从左到右的取模方式来编写的，先得到最高位，然后判断是写 1 还是 0，画点。接着读第二位，如此循环，直到一个字符的点阵全部取完为止。这其中涉及到列地址和行地址的自增，根据取模方式来理解，就不难了。

最后来看看主函数源码：

1. int main()
   
2. {
   
3.   SystemInit();            /* 系统内部时钟初始化 */
   
4.   delay_init();               /* 系统滴答时钟配置*/
   
5.   UART_Configuration();        /*初始化串口通信:115200@8-n-1*/
   
6.   SSP_Configuration();                 /* SPI0配置初始化 */
   
7.   OLED_Init();               /* OLED屏配置初始化 */
   
8. 
   
9. /*------------------------------------------------------------------
   
10.   |  炜世科技—WIZnet W7500官方代理商，全程技术支持，价格绝对优势！ |
    
11.   ------------------------------------------------------------------*/
    
12. 
    
13. OLED_Show_Hybrid(0,0,(uint8*)"炜世科技W7500EVB\r\n    OLED");
    
14. 
    
15.   while(1)
    
16.   ；
    
17. }

复制代码

14.4 下载验证

将代码下载到W7500EVB 开发板后，可以看到OLED 模块显示，如图14.4.1所示：

图14.4.1 W7500EVB OLED试验结果

通过这一章的学习，我们学会了OLED 模块的使用。在调试代码的时候，又多了一种显示信息的途径，在以后的程序编写中，大家可以好好利用。