OLED（2）驱动篇

1 概述

• 1）代码仓库：这里尝试了两种面向对象的方式，不足之处敬请指正。

  • OOP 方式：https://gitee.com/luyaocf/demo-jlc_stm32f407_oop.git

  • Class In C：https://gitee.com/luyaocf/demo-jlc_stm32f407_cic.git

    本文主要以 Class In C 的方式记录，虽然它占用 RAM 高，但它更像 OOP。

• 2）OLED 要显示中文汉字，有以下几点：

  • （1）首先是 OLED 的显示驱动，如 OLED 屏幕初始化，设置显示位置，数据写入方式等
  • （2）然后是通信协议，如采用 SPI 或 I2C，使用软件模拟简单，使用硬件实现更快。
  • （3）字库，一般汉字达到可辨认的最小规格应该为 16x16 像素，而就算最小支持的 GB2312 编码的也有几千个汉字，几百 KB 大小点阵数据，一般我们使用片外存储器件，如 w25qxx。（如果只是显示固定的几个汉字，那么存储到片上 FLASH 即可。）
  • （4）编码，汉字是有编码的，如果你的源文件编码为 UTF-8，而使用的字库为 GBK 的，两者没有转换关系，只能通过映射表来转换。（Linux 下有 iconv 库，单片机没那么富裕的空间，当然也可以像我一样同时生成 GBK 与 Unicode 字库，那么源文件编码无论是 UTF-8 或 GBK 都可以简单使用）

附录：点阵字库大小

2 代码简述

2.1 OLED 对象

• 1）我们创建一个 OLED 对象，其内部持有两个对象的指针：

  • OLEDProtocol 对象：用来实现写点阵数据的协议；
  • OLEDFont 对象：用来根据汉字获取点阵字库。

另外，OLED 对象通过 size 来指定显示汉字大小；通过 mode 来配置汉字阴显或阳显；还具有很多函数，用来初始化、显示数字、字符串、清屏、画点等功能。

• 2）显存缓冲区

  这里我们建立一个显存缓冲区，与 OLED 内部显存对应起来，有两个目的：首先可以方便地获取当前显示的数据；其次通过一次刷新整个屏幕来避免频繁写入。

/**
 * Physically, OLED Graphic bits is [128][64](x * y).
 * Logically, OLED Graphic Memory is 8 * 128(page * segment). 128 * 8 is okay, except that it's
 * not convenient to display.
 */
uint8_t OLED_GRAPHIC_MEMORY[8][128];

• 3）OLED 功能函数如下：

void (*init)   (OLED *this);
void (*clear)  (OLED *this);
void (*full)   (OLED *this);
void (*refresh)(OLED *this);

uint8_t (*showChar)    (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, char chr);
void (*showString)     (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, char *str);
void (*showNum)        (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len);
void (*showSignedNum)  (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, int32_t num, uint8_t len);
void (*showHexNum)     (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len);
void (*showBinNum)     (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len);
void (*showFloatNum)   (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t len);
uint8_t (*showChinese) (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, char *cn);
void (*showImage)      (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, uint8_t width, uint8_t height, const uint8_t *dotMatrix);
void (*printf)         (OLED *this, uint8_t x, uint8_t y, char *format, ...);

void (*drawPoint)      (uint8_t x, uint8_t y, uint8_t point);

2.2 OLEDProtocol 对象

• 1）OLEDProtocol 是一个抽象类，由 OLED 支持的各种协议实现类继承：

  • OLEDProtocolI2C 类：通过 I2C 协议读写 OLED 数据
  • OLEDProtocolSPI 类：通过 SPI 协议读写 OLED 数据
  • 还可以通过 OLEDProtocol6800、OLEDProtocol8080 协议实现类自行扩展。

• 2）以 OLEDProtocolI2C 对象为例：

  • （1）继承 OLEDProtocol 类，需要实现父类的 write_byte() 函数
  • （2）持有一个 I2C 对象，而这个 I2C 对象可以是实现模拟 I2C 协议的 I2CSimulate 类，也可以是实现硬件 I2C 协议的 I2CHardware 类
  • （3）OLEDProtocolI2C 不用关心底层的 I2C 实现，它只要调用父类 I2C 的 send()、read() 函数来读写数据即可。

2.3 OLEDFont 对象

• 1）OLEDFont 不是抽象类，但它持有了抽象类 Storage 的指针。Storage 是存储抽象类，由各种可存储的各种外设设备类继承：

  • StorageFlash 类：可以理解为片上 FLASH，适用于小规模的点阵字库存储，如 ASCII 码的点阵数据。
  • W25Qxx 类：典型的如 W25Q64 8MB FLASH，已经可以满足大多数显示的需求
  • 还可以自行扩展 SDCardStorage 类，用来实现 SDCard 的字库数据存储。

• 2）OLEDFont 调用抽象类 Storage 的 read() 函数来获取点阵，各个实现 Storage 类的存储设备各自实现 read() 函数来提供点阵数据。

• 3）另一点值得一提的是，OLEDFont 需要指定编码（UTF-8、GB2312、GBK）：

  • （1）UTF-8 编码：UTF-8 是编码方式不是字符集，需要首先转换为 Unicode 字符集编码，然后我们根据字符编码以及字库基地址计算出该汉字的存储位置，最后到存储设备对应的位置读取点阵数据
  • （2）GB2312 编码和 GBK 编码：这两者既是编码又是字符集，所以直接计算点阵数据位置即可。（由于 GBK 没有完全兼容 GB2312，所以这里我分开处理，实际使用中根据显示要求择一即可。）
  • （3）ASCII 编码：判断当前字符小于 0x7F 单独处理即可。

3 成果展示

• 这里以嘉立创天空星 STM32F407 开发板为基础，因为它带有 SDCard 槽，可以方便地将自己制作的字库复制到板上的 W25Q64 中去（字库的制作及复制见下一章）。

下方图片使用 UTF-8 编码，可以看到 ASCII、汉字（包括 12、16、24 尺寸，以及正反显示）、图片都正常显示。

下方图片使用 GBK 编码测试字库，平均选择了 GBK 编码的几个区。第一行字体尺寸为 12x12 像素，有的字已经模糊得无法辨认了；第二行为 16x16 像素，显示效果刚刚好；第三行字体尺寸为 24x24 像素，清晰但不美观；