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江涛带你玩STM-CubeMx之实战硬件SPI和硬件IIC驱动OLED

江涛带你玩STM-CubeMx之实战驱动温湿度模块--DTH11

江涛带你玩0.96-OLED之实战stm32的RTC时钟（上）

江涛带你玩0.96-OLED之实战stm32的RTC时钟（下）

0. OLED和SPI

OLED：OLED（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导体（Organic Electroluminescence Display，OLED）。

SPI：SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200

-- 以上来源百度百科

通过以上了两个简单的知识，我们了解了OLED是一个外部器件，SPI是一种通讯协议，OLED的驱动正是通过SPI协议来驱动的。但是OLED又不是典型的SPI通讯器件，因为OLED工作的时候仅仅只需要接收来自MCU的指令或数据就行，不需要向MCU发送或反馈指令，因此属于一种单工通信方式。

以下截图来自OLED的驱动芯片SSD1306数据手册

?通过图片我们可以知道，通过控制BS[0-2] 可以改变OLED的通信方式，一共支持5种通信方式，比较常见的是IIC和SPI这两种。

1.OLED的3线SPI和4线SPI驱动区别

首先看下3线SPI和4线SPI的连线方式

?从手册中可以得知，3线和4线的方式唯一区别就在于DC#控制脚，4线SPI方式DC脚是需要接MCU的IO口的，而3线SPI的方式下，MCU可以少接一个DC引脚，这个就是3线和4线OLED的本质区别。接下来看下二者的时序图区别

?从上面的时序图中我们可以看出，3线SPI一次需要发送9bit数据作为一个数据包，其中首位为DC控制位，而4线SPI的DC由MCU控制，每次只发送8bit数据作为一个数据包。这个也直接导致了了二者的编程实现不同。

2、OLED的3线SPI方式驱动

2.1 典型的3线SPI模块展示

上图就是市面上常见的3线SPI驱动的OLED模块（不会有人觉得不只有3线吧，通信中常常把复位和电源脚省略不计，复位脚一般可以跟MCU的复位脚连接到一起）

2.2 3线SPI驱动时序图和要领

?根据3线SPI的时序图，我们可以知道在数据线SDIN(D1)发送一次数据的时候需要发送9bit，其中第一个bit代表DC控制位：DC=0代表写命令，DC=1代表写数据。

2.3 驱动核心代码和效果展示

/****************
** 向OLED写一个字节的数据或是命令 3线SPI，一次发送9bit数据
** cmd: 1=命令，0=数据
** data: 待写入的字节（命令/数据）
*******************/
void OLED_Write_Byte( u8 data , u8 cmd )
{
    // 模拟SPI数据传输，参考手册的时序图
    // SCLK时钟高低变化一次，SDIN就发送1bit数据，发送数据长度为8位
    u8 len=9, idx ; // len定义待发送的数据总bit位为9位，第0位是控制脚 ，idx为当前发送的bit所属的索引
    for (idx = 0 ; idx < len ; idx ++ ){
        OLED_SCK_L;   // 时钟先低后高
        if(idx == 0) {
           cmd ? OLED_SDA_L:OLED_SDA_H;   // 如果是第0位，则判断位控制位DC，根据写命令或写数据切换
        } else {
           (data & 0x80) ? OLED_SDA_H:OLED_SDA_L;  // SDA根据当前索引的bit发送0或者1，形成一个bit的发送动作
        }
        OLED_SCK_H;
        if(idx > 0) data <<= 1;  // 控制位之后的数据发完一个bit之后就左移一位，继续发送下一位bit
    }
}

?根据对时序图的理解，以上是使用STM32的IO口模拟的SPI驱动代码，注释啥的很清楚了，我就不再啰嗦，看下驱动的效果：

3、OLED的4线SPI方式驱动

3.1? 典型的4线SPI模块展示

典型的4线SPI如图所示，同样的在通信中不考虑复位脚RES和电源脚VCC与GND。?

3.2? 4线SPI驱动时序图和要领

?根据4线SPI的时序图，我们可以得知，数据线SDIN(D1)每次只需要发送8bit的数据，DC脚由MCU编程控制，同样的DC=0代表写命令，DC=1代表写数据。

3.3? 驱动代码和效果展示

/****************
** 向OLED写一个字节的数据或是命令
** cmd: 1=命令，0=数据
** data: 待写入的字节（命令/数据）
*******************/
void OLED_Write_Byte( u8 data , u8 cmd )
{
    // 这里直接使用三目运算符，不使用if/else写法，看起来简洁些
    cmd ? OLED_DC_L : OLED_DC_H ;   // 写命令DC输出低，写数据DC输出高
    // 模拟SPI数据传输，参考手册的时序图
    // SCLK时钟高低变化一次，SDIN就发送1bit数据，发送数据长度为8位
    u8 len=8, idx ; // len定义待发送的数据总bit位为8位，idx为当前发送的bit所属的索引
    for (idx = 0 ; idx < len ; idx ++ ){
        OLED_SCK_L;   // 时钟先低后高
        (data & 0x80) ? OLED_SDA_H:OLED_SDA_L;  // SDA根据当前索引的bit发送0或者1，形成一个bit的发送动作
        OLED_SCK_H;
        data <<= 1;  // 数据发完一个bit之后就左移一位，继续发送下一位bit
    }
    
    OLED_DC_H;  // 控制脚拉高，置成写数据状态
}

?上面的代码是使用STM32的IO口模拟的4线SPI方式驱动核心代码，注释也很清晰了，看下使用STM32的硬件SPI驱动核心代码：

/****************
** 向OLED写一个字节的数据或是命令
** cmd: 1=命令，0=数据
** data: 待写入的字节（命令/数据）
*******************/
void OLED_Write_Byte( u8 data , u8 cmd )
{
? ? // 这里直接使用三目运算符，不使用if/else写法，看起来简洁些
? ? cmd ? OLED_DC_L : OLED_DC_H ; ? // 写命令DC输出低，写数据DC输出高
? ? // 硬件SPI数据传输
? ? HAL_SPI_Transmit(&hspi2,&data,sizeof(data),1000); ?// SPI写数据或者命令
? ? OLED_DC_H; ?// 控制脚拉高，置成写数据状态
}

?以上代码是硬件驱动的核心代码，使用STM32-CubeMX配置来的，具体端口配置我也截图给大家