OLED显示模块与C8051F单片机的接口设计

作者：华中科技大学 梁燕 胡浩 卢益民

有机发光显示OLED（Organic Light Emitting Display）是比液晶显示技术更为先进的新一代平板显示技术，是被业界公认为最具发展前景的下一代显示技术。它与液晶显示技术相比,具有超轻薄、高亮度、广视角、自发光、响应速度快、适应温度范围宽、抗震强、功耗低、可实现柔软显示等优越性能,可广泛应用于通信、计算机、消费电子、工业应用、商业、交通等领域。下面以VGS12864E显示模块为例，介绍C8051F020单片机与它的接口设计及软件编程方法。

1 VGS12864E显示模块

VGS12864E是128×64行点阵的OLED单色、字符、图形显示模块。模块内藏64×64的显示数据RAM，其中的每位数据都对应于OLED屏上一个点的亮、暗状态;其接口电路和操作指令简单，具有8位并行数据接口，读写时序适配6800系列时序，可直接与8位微处理器相连;与Intel 8080时序的MCU连接时需要进行时序转换。

2 显示模块结构

2.1 模块框图

VGS12864E显示模块显示屏为128列、64行，使用1片有64行输出的行驱动器和2片列驱动控制器，其中每片列驱动器有64路输出。行驱动器与MCU没有关系，只要提供电源就能产生驱动信号和同步信号，模块的外部信号仅与列驱动器有关。列驱动器内置64×64位显示存储器，RAM被分为8页，每页8行;显示屏上各像素点显示状态与显示存储器各位数据一一对应，显示存储器的数据直接作为图形显示的驱动信号，为"1"显示，为"0"不显示。图1为模块的逻辑电路接口框图。



2.2 模块引脚功能及指令系统

模块引脚功能如表1所列。模块的指令系统与液晶显示驱动控制器HD61202兼容，共有7条指令。这里不作详细描述，仅列出表2指令列表。其中，前两条为显示状态设置类指令，其余的为读写操作类指令。

3 显示模块与Cygnal单片机硬件接口设计

VGS12864E的接口连接方式有两种:一种是直接访问方式，另一种是间接访问方式。不论哪种方式，要访问模块都必须先读取状态寄存器内容，判断"忙"标志，不忙时才可以访问。直接访问方式是将模块接口作为存储器或I/O设备直接挂在MCU总线上，MCU以访问存储器或I/O设备方式对模块进行操作。间接访问方式是MCU通过软件模拟控制时序对模块进行操作。这里介绍的是Cygnal C8051F020单片机与VGS12864E的间接访问接口设计。

C8051F020是美国Cygnal公司推出的一种混合信号SoC型8位单片机，是集成度很高的混合信号系统级的芯片。它具有100脚的TQFP封装，功耗低，供电电压为2.7~3.3 V，全部I/O、RST、JTAG引脚均耐5 V电压；有高速、流水线结构的8051兼容的CIP51内核（可达25 MIPS）。该MCU具有P0~P7共64个通用I/O端口，每个端口引脚都可以被配置为推挽输出或漏级开路输出。对于VGS12864E，由于其工作电压是5 V，而C8051F020的工作电压是3.3 V，所以要C8051F020的输出能更好地驱动5 V输入的OLED，需要对系统进行额外配置。除了将对应端口的输出方式设置为"漏极开路"外，还应在电路上将每个端口通过一个上拉电阻接到5 V电源，这样可以保证C8051F020的逻辑"1"输出能够被提升到5 V。接口电路如图2所示。

4 软件编程

软件编程采用Keil C51语言，包括显示模块硬件的驱动程序（即写指令和写数据），显示模块初始化和清屏等通用子程序以及西文字符的显示实现程序。由于此模块指令系统与液晶显示驱动控制器HD61202兼容,故这些程序具有较高的通用性。对于字符汉字显示，该模块的字符库数据特点是以列数据形式编制，即1个字节数据表示1列8×1的数据，和通常的字符库相比，该字符是旋转了90°的字模数据。使用Zimo21.exe取字模软件，并设置提取方式为纵向取模，可以很方便地取得所需的中西文字模。由于该显示模块的每一列8×1的数据是低位在前，高位在后，为进一步实现中西文的正确显示，还需对通过上述方法取得的字模的每个字节的高低位进行一次对调，程序中使用了一个数组UpsetChar[]来实现。程序中使用的西文字符是16×8点阵，汉字是16×16点阵。

Cygnal单片机通过间接访问方式控制OLED。其I/O端口需要进行配置，配置如下：

void C8051F020_output_config() {

P2MDOUT = 0x00; //配置P2.5(lcd_wr)，P2.6(lcd_rd)，
　　　　　　　　 //P2.7(lcd_rs)为推挽输出方式
P74OUT = 0xf3;　//配置P5.0～P5.7(lcd_d0 lcd_d7)
　　　　　　　　 //为推挽输出方式
}

对显示模块进行写指令操作和写数据操作分为写左半屏和写右半屏。写左右半屏的差别仅在于置位相应的片选信号，而写指令与写数据的差别在于写数据时置位RS寄存器选择信号。初始化操作完成显示位置的确定和打开显示。现以写左半屏命令和写左半屏数据为例，说明各操作函数。