OLED屏驱动开发，从原理到代码，零基础实现显示控制

OLED（有机发光二极管）屏幕凭借自发光、高对比度、低功耗、宽视角等优势，成为嵌入式开发中最常用的显示外设之一。本文以最经典的0.96英寸I2C/SPI接口OLED屏（SSD1306驱动芯片）为例，从硬件原理、电路接线、代码实现到功能扩展，完整讲解OLED屏的驱动开发流程，适配STM32单片机，代码可直接移植到Keil MDK环境中使用。

一、OLED屏基础认知

1.1 核心参数（0.96英寸OLED屏）

• 驱动芯片：SSD1306（行业主流，本文核心讲解）；
• 分辨率：128×64（128列，64行）；
• 接口类型：I2C（2线）/SPI（4线/6线），I2C接口因接线简单更适合新手；
• 供电电压：3.3V（部分兼容5V，需注意电平匹配）；
• 显示颜色：单色（蓝/白）、双色（蓝黄/白蓝），本文以单色蓝底白字为例。

1.2 SSD1306驱动原理

SSD1306是专门为OLED屏设计的驱动芯片，核心功能是接收单片机发送的指令和数据，控制OLED像素点的亮灭：

1. 指令模式：接收单片机的控制指令（如屏幕初始化、光标定位、显示开关）；
2. 数据模式：接收像素显示数据，128×64分辨率对应1024字节显存（每字节控制8个像素点）；
3. 显存映射：屏幕列对应显存的X轴（0_{127），行按8行分组对应显存的Y轴（0}7，每组8行）。

二、硬件准备与电路接线

2.1 所需硬件

• 主控：STM32F103C8T6最小系统板（通用Cortex-M3内核，新手友好）；
• OLED屏：0.96英寸I2C接口SSD1306 OLED屏；
• 辅助：杜邦线、3.3V电源（或单片机直接供电）、USB转串口模块（调试用）。

2.2 I2C接口接线（最简方案）

0.96英寸OLED屏I2C接口核心引脚仅4个，接线如下（STM32为例）：

OLED屏引脚	功能	STM32引脚（示例）	备注
VCC	供电	3.3V	禁止接5V，避免烧屏
GND	接地	GND	共地保证电平稳定
SCL	I2C时钟线	PB6	可自定义其他GPIO口
SDA	I2C数据线	PB7	可自定义其他GPIO口

注：SPI接口OLED屏需额外接DC（数据/指令选择）、RES（复位）、CS（片选）引脚，接线稍复杂，新手优先选I2C版本。

三、软件开发环境搭建

3.1 基础环境

• 开发工具：Keil MDK-ARM V5.x；
• 固件库：STM32F10x标准固件库（或HAL库，本文用标准库）；
• 核心：需实现I2C底层驱动（软件I2C，无需依赖硬件I2C，兼容性更强）。

3.2 软件I2C底层驱动实现

新手无需深入理解I2C协议细节，直接复用以下通用软件I2C代码，仅需修改引脚定义即可：

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"  // 需提前实现延时函数（us/ms级）

// ************************* 引脚定义 *************************
#define OLED_SCL_PIN     GPIO_Pin_6
#define OLED_SCL_PORT    GPIOB
#define OLED_SDA_PIN     GPIO_Pin_7
#define OLED_SDA_PORT    GPIOB

// 引脚电平控制宏
#define OLED_SCL_H()  GPIO_SetBits(OLED_SCL_PORT, OLED_SCL_PIN)
#define OLED_SCL_L()  GPIO_ResetBits(OLED_SCL_PORT, OLED_SCL_PIN)
#define OLED_SDA_H()  GPIO_SetBits(OLED_SDA_PORT, OLED_SDA_PIN)
#define OLED_SDA_L()  GPIO_ResetBits(OLED_SDA_PORT, OLED_SDA_PIN)

/**
 * @brief  初始化OLED的I2C引脚
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void OLED_I2C_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    // 使能GPIOB时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // 配置SCL/SDA为推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = OLED_SCL_PIN | OLED_SDA_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(OLED_SCL_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始电平置高
    OLED_SCL_H();
    OLED_SDA_H();
}

/**
 * @brief  软件I2C起始信号
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void OLED_I2C_Start(void)
{
    OLED_SDA_H();
    OLED_SCL_H();
    delay_us(2);
    OLED_SDA_L();  // SDA在SCL高电平时拉低，产生起始信号
    delay_us(2);
    OLED_SCL_L();
}

/**
 * @brief  软件I2C停止信号
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void OLED_I2C_Stop(void)
{
    OLED_SDA_L();
    OLED_SCL_H();
    delay_us(2);
    OLED_SDA_H();  // SDA在SCL高电平时拉高，产生停止信号
    delay_us(2);
}

/**
 * @brief  软件I2C发送一个字节
 * @param  dat：待发送的字节
 * @retval 无
 */
void OLED_I2C_SendByte(uint8_t dat)
{
    uint8_t i;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        OLED_SCL_L();
        delay_us(2);
        // 逐位发送（高位先行）
        if(dat & 0x80) OLED_SDA_H();
        else OLED_SDA_L();
        dat <<= 1;
        delay_us(2);
        OLED_SCL_H();
        delay_us(2);
    }
    // 等待从机应答（省略应答检测，新手简化版）
    OLED_SCL_L();
    delay_us(2);
    OLED_SDA_H();
    delay_us(2);
    OLED_SCL_H();
    delay_us(2);
    OLED_SCL_L();
}

/**
 * @brief  向OLED发送指令
 * @param  cmd：指令字节
 * @retval 无
 */
void OLED_SendCmd(uint8_t cmd)
{
    OLED_I2C_Start();
    OLED_I2C_SendByte(0x78);  // I2C设备地址（0x3C<<1，SSD1306默认地址）
    OLED_I2C_SendByte(0x00);  // 指令模式（0x00）
    OLED_I2C_SendByte(cmd);
    OLED_I2C_Stop();
}

/**
 * @brief  向OLED发送数据
 * @param  dat：显示数据字节
 * @retval 无
 */
void OLED_SendData(uint8_t dat)
{
    OLED_I2C_Start();
    OLED_I2C_SendByte(0x78);  // I2C设备地址
    OLED_I2C_SendByte(0x40);  // 数据模式（0x40）
    OLED_I2C_SendByte(dat);
    OLED_I2C_Stop();
}

核心说明：

• 软件I2C无需配置单片机硬件I2C外设，仅通过GPIO模拟时序，新手易上手；
• delay_us()函数需自行实现（基于SysTick或定时器），是I2C时序的关键；
• SSD1306的I2C默认地址为0x3C（部分屏为0x78，需根据实际调整）。

四、OLED屏初始化与基础显示函数

4.1 OLED屏初始化

SSD1306需要发送一系列初始化指令配置显示参数，以下是通用初始化函数：

/**
 * @brief  OLED屏初始化
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void OLED_Init(void)
{
    delay_ms(100);  // 上电延时，确保芯片稳定
    
    OLED_I2C_Init();  // 初始化I2C引脚
    
    // SSD1306初始化指令
    OLED_SendCmd(0xAE);  // 关闭显示
    OLED_SendCmd(0x00);  // 设置列起始地址低4位
    OLED_SendCmd(0x10);  // 设置列起始地址高4位
    OLED_SendCmd(0x40);  // 设置显示起始行
    OLED_SendCmd(0xB0);  // 设置页地址（Y轴）
    OLED_SendCmd(0x81);  // 设置对比度
    OLED_SendCmd(0xFF);  // 对比度值（0~255，越大越亮）
    OLED_SendCmd(0xA1);  // 段重映射（0xA0左右翻转，0xA1正常）
    OLED_SendCmd(0xA6);  // 正常显示（0xA6正常，0xA7反显）
    OLED_SendCmd(0xA8);  // 设置多路复用率
    OLED_SendCmd(0x3F);  // 64行显示
    OLED_SendCmd(0xC8);  // 扫描方向（0xC0上下翻转，0xC8正常）
    OLED_SendCmd(0xD3);  // 设置显示偏移
    OLED_SendCmd(0x00);  // 偏移量0
    OLED_SendCmd(0xD5);  // 设置时钟分频
    OLED_SendCmd(0x80);  // 分频因子
    OLED_SendCmd(0xD9);  // 设置预充电周期
    OLED_SendCmd(0xF1);
    OLED_SendCmd(0xDA);  // 设置COM引脚配置
    OLED_SendCmd(0x12);
    OLED_SendCmd(0xDB);  // 设置VCOMH电压
    OLED_SendCmd(0x40);
    OLED_SendCmd(0x8D);  // 启用电荷泵
    OLED_SendCmd(0x14);
    OLED_SendCmd(0xAF);  // 开启显示
}

/**
 * @brief  设置OLED显示坐标（X:列0~127，Y:页0~7）
 * @param  x：列坐标
 * @param  y：页坐标（每页8行）
 * @retval 无
 */
void OLED_SetPos(uint8_t x, uint8_t y)
{
    OLED_SendCmd(0xB0 + y);                // 设置页地址
    OLED_SendCmd(((x & 0xF0) >> 4) | 0x10); // 设置列地址高4位
    OLED_SendCmd(x & 0x0F);                // 设置列地址低4位
}

/**
 * @brief  清屏函数
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void OLED_Clear(void)
{
    uint8_t x, y;
    for(y=0; y<8; y++)
    {
        OLED_SetPos(0, y);
        for(x=0; x<128; x++)
        {
            OLED_SendData(0x00);  // 写入0，关闭所有像素
        }
    }
}

4.2 字符/数字显示函数

要显示字符，需先准备字模数据（本文用8×16点阵ASCII字模），以下是核心显示函数：

// 8×16 ASCII字模表（截取部分，完整表可网上下载）
const unsigned char OLED_F8x16[] = {
    0x00,0x00,0x7C,0x12,0x11,0x12,0x7C,0x00,0x00,0x00,0x7C,0x12,0x11,0x12,0x7C,0x00, // 0
    0x00,0x00,0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x70,0x00,0x00,0x00,0x70,0x08,0x08,0x08,0x70, // 1
    // 更多字符字模省略，需补充完整ASCII表
};

/**
 * @brief  显示单个字符（8×16点阵）
 * @param  x：起始列（0~127）
 * @param  y：起始页（0~7，每字符占2页）
 * @param  c：待显示字符（ASCII码）
 * @retval 无
 */
void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t c)
{
    uint8_t i;
    c -= '0';  // 以数字0为基准（显示字母需调整偏移）
    OLED_SetPos(x, y);
    // 显示上半部分（第1页）
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        OLED_SendData(OLED_F8x16[c*16 + i]);
    }
    OLED_SetPos(x, y+1);
    // 显示下半部分（第2页）
    for(i=8; i<16; i++)
    {
        OLED_SendData(OLED_F8x16[c*16 + i]);
    }
}

/**
 * @brief  显示数字字符串
 * @param  x：起始列
 * @param  y：起始页
 * @param  num：待显示数字（0~99999999）
 * @param  len：显示位数
 * @retval 无
 */
void OLED_ShowNum(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len)
{
    uint8_t i;
    for(i=0; i<len; i++)
    {
        OLED_ShowChar(x + 8*i, y, (num / (uint32_t)pow(10, len-i-1)) % 10 + '0');
    }
}

/**
 * @brief  显示字符串
 * @param  x：起始列
 * @param  y：起始页
 * @param  str：字符串指针
 * @retval 无
 */
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *str)
{
    while(*str != '\0')
    {
        OLED_ShowChar(x, y, *str);
        x += 8;
        if(x > 120)  // 超出屏幕宽度换行
        {
            x = 0;
            y += 2;
        }
        str++;
    }
}

五、实战：OLED屏显示示例

5.1 完整测试代码

将以上函数整合，实现基础显示功能：

#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"  // 将上述OLED驱动函数封装到oled.h/oled.c中
#include "delay.h"

int main(void)
{
    uint32_t cnt = 0;
    
    // 系统初始化
    SystemInit();  // 配置STM32主频（72MHz）
    delay_init();  // 初始化延时函数
    OLED_Init();   // 初始化OLED屏
    OLED_Clear();  // 清屏
    
    while(1)
    {
        // 显示固定字符串
        OLED_ShowString(0, 0, "OLED Test Demo");
        OLED_ShowString(0, 2, "Count:");
        // 显示递增数字
        OLED_ShowNum(40, 2, cnt, 5);
        cnt++;
        if(cnt > 99999) cnt = 0;
        
        delay_ms(100);  // 100ms刷新一次
    }
}

5.2 效果验证

1. 将代码编译后下载到STM32单片机；
2. 上电后OLED屏首先清屏，随后显示：
   • 第一行：OLED Test Demo；
   • 第三行：Count: 00000（数字每秒递增1）；
3. 若屏幕无显示，检查接线（尤其是VCC必须为3.3V）、I2C地址、初始化指令是否正确。

六、常见问题与解决方案

6.1 屏幕无显示

• 原因1：供电电压错误（接5V烧屏或电压不足）；
  解决：严格接3.3V，测量OLED屏VCC引脚电压是否稳定；
• 原因2：I2C地址错误；
  解决：将OLED_I2C_SendByte(0x78)改为0x38（0x1C<<1）测试；
• 原因3：延时函数精度不足；
  解决：优化delay_us()函数，确保I2C时序符合SSD1306要求。

6.2 显示乱码/错位

• 原因1：字模点阵与显示函数不匹配；
  解决：确保字模是8×16点阵，且高位先行；
• 原因2：坐标设置错误；
  解决：检查OLED_SetPos()函数，页地址范围0_{7，列地址0}127。

6.3 屏幕闪烁

• 原因：清屏/刷新频率过高；
  解决：减少不必要的清屏操作，仅刷新变化的区域。

七、功能扩展建议

1. 中文显示：添加16×16中文点阵字模，修改显示函数适配16列宽度；
2. 图形显示：通过写入显存数据实现点、线、圆、位图显示；
3. 滚动显示：利用SSD1306的滚动指令（0x26~0x29）实现文字滚动；
4. 低功耗模式：通过OLED_SendCmd(0xAE)关闭显示，降低功耗。