15. OLED 显示

📝本节您将学习如何通过软件 I2C 驱动天巧星板载的 128×64 OLED 显示屏，掌握基本的图形绘制和文字显示方法。

🏆本章目标

1️⃣ 了解 SSD1306 OLED 驱动芯片的工作原理

2️⃣ 实现 OLED 初始化和基础绘图函数

3️⃣ 掌握 ASCII 字符和中文字符的显示方法

4️⃣ 实现简单的 UI 界面框架

15.1 OLED 显示屏介绍

天巧星板载一块 0.96 英寸 128×64 像素的 OLED 显示屏，驱动芯片为 SSD1306。

基本参数

参数	规格
分辨率	128 × 64 像素
驱动芯片	SSD1306
通信接口	I2C（7-bit 地址 0x3C）
显示颜色	单色（白/蓝，取决于屏幕型号）
工作电压	3.3V
连接引脚	PA0(SDA) / PA1(SCL)

显存结构

SSD1306 内部有 1KB 显存（128×64 / 8 = 1024 字节），显存按页（Page）组织：

      列 0    列 1    列 2   ...   列 127
页 0  [byte]  [byte]  [byte] ...  [byte]    ← 8 行像素
页 1  [byte]  [byte]  [byte] ...  [byte]    ← 8 行像素
 ...
页 7  [byte]  [byte]  [byte] ...  [byte]    ← 8 行像素

• 共 8 页，每页覆盖 8 行像素
• 每个字节的 8 个 bit 对应垂直方向的 8 个像素（LSB 在上）
• 总共 8 页 × 128 列 = 1024 字节

15.2 OLED 驱动层

15.2.1 I2C 通信格式

SSD1306 的 I2C 通信格式：

Start → [0x3C << 1 | W] → ACK → [控制字节] → ACK → [数据字节] → ACK → ... → Stop

控制字节决定后续数据的类型：

• 0x00：后续为命令（Command）
• 0x40：后续为显示数据（Data）
• 0x80：单字节命令（每个命令前都带此控制字节）

15.2.2 发送命令和数据

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include "myiic.h"

#define OLED_ADDR  0x3C

// 发送命令
void OLED_WriteCmd(uint8_t cmd)
{
    i2c_start();
    i2c_write_byte(OLED_ADDR << 1);
    i2c_write_byte(0x00);  // 命令模式
    i2c_write_byte(cmd);
    i2c_stop();
}

// 发送数据（单字节）
void OLED_WriteData(uint8_t data)
{
    i2c_start();
    i2c_write_byte(OLED_ADDR << 1);
    i2c_write_byte(0x40);  // 数据模式
    i2c_write_byte(data);
    i2c_stop();
}

// 批量发送数据（提高刷屏效率）
void OLED_WriteDataBurst(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    i2c_start();
    i2c_write_byte(OLED_ADDR << 1);
    i2c_write_byte(0x40);
    for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
        i2c_write_byte(data[i]);
    }
    i2c_stop();
}

15.2.3 OLED 初始化

SSD1306 上电后需要发送一系列配置命令才能正常工作：

void OLED_Init(void)
{
    delay_cycles(3200000);  // 等待 100ms，确保 OLED 电源稳定

    OLED_WriteCmd(0xAE);  // 关闭显示
    OLED_WriteCmd(0xD5);  // 设置时钟分频
    OLED_WriteCmd(0x80);
    OLED_WriteCmd(0xA8);  // 设置多路复用率
    OLED_WriteCmd(0x3F);  // 64 行
    OLED_WriteCmd(0xD3);  // 设置显示偏移
    OLED_WriteCmd(0x00);
    OLED_WriteCmd(0x40);  // 设置起始行
    OLED_WriteCmd(0x8D);  // 使能电荷泵
    OLED_WriteCmd(0x14);
    OLED_WriteCmd(0x20);  // 内存寻址模式
    OLED_WriteCmd(0x02);  // 页寻址模式
    OLED_WriteCmd(0xA1);  // 列地址重映射（左右翻转）
    OLED_WriteCmd(0xC8);  // 行扫描方向（上下翻转）
    OLED_WriteCmd(0xDA);  // COM 引脚配置
    OLED_WriteCmd(0x12);
    OLED_WriteCmd(0x81);  // 对比度设置
    OLED_WriteCmd(0xCF);
    OLED_WriteCmd(0xD9);  // 预充电周期
    OLED_WriteCmd(0xF1);
    OLED_WriteCmd(0xDB);  // VCOMH 电压
    OLED_WriteCmd(0x40);
    OLED_WriteCmd(0xA4);  // 正常显示（非全亮）
    OLED_WriteCmd(0xA6);  // 非反色显示
    OLED_WriteCmd(0xAF);  // 开启显示
}

15.3 显存缓冲区

为提高绘图效率，通常在 MCU 内存中维护一份完整的显存缓冲区。所有绘图操作先在缓冲区中完成，再一次性刷新到屏幕：

// 128×64 / 8 = 1024 字节显存缓冲区
static uint8_t OLED_Buffer[128 * 8];

// 清除缓冲区
void OLED_Clear(void)
{
    memset(OLED_Buffer, 0x00, sizeof(OLED_Buffer));
}

// 将缓冲区刷新到屏幕
void OLED_Refresh(void)
{
    for (uint8_t page = 0; page < 8; page++) {
        OLED_WriteCmd(0xB0 + page);  // 设置页地址
        OLED_WriteCmd(0x00);         // 设置列低地址
        OLED_WriteCmd(0x10);         // 设置列高地址
        OLED_WriteDataBurst(&OLED_Buffer[page * 128], 128);
    }
}

15.4 基础绘图函数

15.4.1 画点

// 在 (x, y) 位置画一个像素点
// x: 0~127, y: 0~63
// color: 1=亮, 0=灭
void OLED_DrawPixel(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t color)
{
    if (x >= 128 || y >= 64) return;

    uint8_t page = y / 8;
    uint8_t bit = y % 8;

    if (color)
        OLED_Buffer[page * 128 + x] |= (1 << bit);
    else
        OLED_Buffer[page * 128 + x] &= ~(1 << bit);
}

15.4.2 画线（Bresenham 算法）

void OLED_DrawLine(int16_t x0, int16_t y0, int16_t x1, int16_t y1, uint8_t color)
{
    int16_t dx = abs(x1 - x0);
    int16_t dy = -abs(y1 - y0);
    int16_t sx = (x0 < x1) ? 1 : -1;
    int16_t sy = (y0 < y1) ? 1 : -1;
    int16_t err = dx + dy;

    while (1) {
        OLED_DrawPixel(x0, y0, color);
        if (x0 == x1 && y0 == y1) break;
        int16_t e2 = 2 * err;
        if (e2 >= dy) { err += dy; x0 += sx; }
        if (e2 <= dx) { err += dx; y0 += sy; }
    }
}

15.4.3 画矩形

// 空心矩形
void OLED_DrawRect(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t w, uint8_t h, uint8_t color)
{
    OLED_DrawLine(x, y, x + w - 1, y, color);
    OLED_DrawLine(x, y + h - 1, x + w - 1, y + h - 1, color);
    OLED_DrawLine(x, y, x, y + h - 1, color);
    OLED_DrawLine(x + w - 1, y, x + w - 1, y + h - 1, color);
}

// 填充矩形
void OLED_FillRect(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t w, uint8_t h, uint8_t color)
{
    for (uint8_t i = 0; i < w; i++) {
        for (uint8_t j = 0; j < h; j++) {
            OLED_DrawPixel(x + i, y + j, color);
        }
    }
}

15.5 ASCII 字符显示

使用内置字库显示英文字符和数字。常见字体大小：6×8、8×16。

15.5.1 字库数据格式

以 6×8 字体为例，每个字符占 6 字节，每字节 8 bit 表示一列的 8 个像素：

// 6x8 字库（ASCII 32~126）
const uint8_t Font_6x8[][6] = {
    {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},  // 空格 (32)
    {0x00, 0x00, 0x5F, 0x00, 0x00, 0x00},  // ! (33)
    // ... 完整字库省略
};

15.5.2 显示单个字符

// 在指定位置显示一个 6x8 ASCII 字符
void OLED_ShowChar6x8(uint8_t x, uint8_t y, char ch)
{
    if (ch < 32 || ch > 126) return;

    const uint8_t *font = Font_6x8[ch - 32];
    for (uint8_t i = 0; i < 6; i++) {
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
            OLED_DrawPixel(x + i, y + j, (font[i] >> j) & 0x01);
        }
    }
}

15.5.3 显示字符串

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)
{
    while (*str) {
        if (x + 6 > 128) {  // 自动换行
            x = 0;
            y += 8;
        }
        if (y + 8 > 64) break;  // 超出屏幕

        OLED_ShowChar6x8(x, y, *str++);
        x += 6;
    }
}

15.5.4 格式化显示（类似 printf）

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

void OLED_Printf(uint8_t x, uint8_t y, const char *fmt, ...)
{
    char buf[64];
    va_list args;
    va_start(args, fmt);
    vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
    va_end(args);
    OLED_ShowString(x, y, buf);
}

使用示例：

OLED_Clear();
OLED_Printf(0, 0, "Tianqiaoxing");
OLED_Printf(0, 16, "Temp: %d.%d C", 25, 6);
OLED_Printf(0, 32, "ADC: %u", adc_val);
OLED_Refresh();

15.6 中文字符显示

中文字库体积较大（几十 KB ~ 几百 KB），无法放在 MCU 内部 Flash 中。天巧星将中文字库存储在板载 SPI Flash（W25Q64）中，运行时按需从 Flash 读取对应汉字的点阵数据。

字库存储方案

字库	地址范围	大小	用途
HZK16	0x000000 ~ 0x03FFFF	256KB	16×16 像素中文字体
HZK12	0x050000 ~ 0x07FFFF	192KB	12×12 像素中文字体
HZK20	0x080000 ~ 0x0F7FFF	480KB	20×20 像素中文字体
Unicode 映射	0x040000 ~ 0x04A3FF	42KB	UTF-8 → GB2312 转换表

中文显示流程

UTF-8 字符串 → Unicode 码 → 查映射表 → GB2312 编码 → 计算字库偏移 → 从 Flash 读点阵 → 绘制

// 从 SPI Flash 读取一个 16×16 汉字的点阵数据（32 字节）
void OLED_ReadChineseFont16(uint16_t gb2312_code, uint8_t *font_buf)
{
    uint8_t qh = (gb2312_code >> 8) - 0xA1;   // 区码
    uint8_t wh = (gb2312_code & 0xFF) - 0xA1;  // 位码
    uint32_t offset = (qh * 94 + wh) * 32;     // HZK16 中每个字符 32 字节

    W25Q_Read(0x000000 + offset, font_buf, 32);
}

// 显示一个 16×16 中文字符
void OLED_ShowChinese16(uint8_t x, uint8_t y, uint16_t gb_code)
{
    uint8_t font[32];
    OLED_ReadChineseFont16(gb_code, font);

    for (uint8_t row = 0; row < 16; row++) {
        uint8_t byte1 = font[row * 2];
        uint8_t byte2 = font[row * 2 + 1];
        for (uint8_t col = 0; col < 8; col++) {
            OLED_DrawPixel(x + col, y + row, (byte1 >> (7 - col)) & 0x01);
            OLED_DrawPixel(x + 8 + col, y + row, (byte2 >> (7 - col)) & 0x01);
        }
    }
}

字库依赖

中文显示功能依赖 SPI Flash 中预先烧录的字库数据。出厂固件已烧录字库。如果 Flash 被误擦除，需通过串口使用 mid_font_burner 模块重新烧录。

15.7 完整实验

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include "myiic.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>

// 假设已实现上述所有 OLED 函数

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    W25Q_Init();
    OLED_Init();

    // 显示开机画面
    OLED_Clear();
    OLED_ShowString(16, 0, "Tianqiaoxing");
    OLED_ShowString(24, 16, "MSPM0G3519");
    OLED_DrawRect(0, 0, 128, 64, 1);  // 外框
    OLED_Refresh();

    delay_cycles(64000000);  // 显示 2 秒

    // 动态数据显示
    uint32_t count = 0;
    char buf[32];

    while (1) {
        OLED_Clear();
        OLED_ShowString(0, 0, "Counter Demo:");
        sprintf(buf, "Count: %lu", count++);
        OLED_ShowString(0, 16, buf);

        // 进度条
        uint8_t progress = count % 100;
        OLED_DrawRect(0, 40, 128, 10, 1);
        OLED_FillRect(2, 42, progress * 124 / 100, 6, 1);

        OLED_Refresh();
        delay_cycles(3200000);  // 100ms 刷新
    }
}

15.8 性能优化

优化方法	效果
批量数据传输	I2C 一次发送整页 128 字节，减少 Start/Stop 开销
局部刷新	只刷新变化的页，减少传输量
提高 I2C 速率	减小 i2c_delay（注意不超过设备支持的最高速率）
使用硬件 I2C	比软件 I2C 更高效，但引脚固定
双缓冲	绘制和刷新交替进行，避免画面撕裂

出厂固件中 OLED 刷新率约 30fps，足以满足 UI 动画和游戏需求。

15.9 知识总结

内容	说明
驱动芯片	SSD1306
分辨率	128×64 像素
通信方式	I2C，地址 0x3C
显存大小	1024 字节（8 页 × 128 列）
绘图方式	MCU 缓冲区绘制 → 批量刷新到屏
ASCII 字体	内置 6×8 / 8×16 字库
中文字体	存储在 SPI Flash，按需读取

---

下一章将学习 WS2812 RGB LED 的驱动方法，实现彩色灯效。