OLED显示屏，行驱动电路设计，单片机AT89C51与和显示屏的硬件接线

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随着科学技术与电子业技术的不断发展更迭，有机发光二极管如何简易并且有效的实现显示均匀、大面积发光、高亮度高分辨率发光、以及延长有机发光二极管寿命等当前亟需解决的问题，是我们未来要面对的技术挑战。今天小编给大家带来几个平日里做有源、无源oled显示驱动设计的例子，以供大家作为电子设计参考。

一、驱动控制SSD1303实现96x64点阵PM-OLED

本例子使用Solomon公司的OLED显示驱动电路SSD1303，结合AT89C51单片机实现驱动OLED显示屏的方法。SSD1303是一款集控制器、行驱动器和列驱动器于一体的专用于OLED显示控制驱动电路。

实验中OLED结构阳极材料，采用ITO（铟锡氧化物），阴极则使用Mg与其他稳定金属合金的办法Mg:Ag做阴极，以提高器件量子效率和稳定性，并可以在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。

PM-OLED使用普通的矩阵交叉屏， OLED位于交叉排列的阳极和阴极中间，通过对阳极和阴极组合的选通，可以控制每一个OLED的点亮。

SSD1303芯片内部电路框图如下图1所示：

SSD1303芯片主要由MCU接口、命令译码器、振荡器、显示时序发生器、电压控制与电流控制、区颜色译码器、和图形显示数据存储器（GDDRAM）、行驱动和列驱动组成。这种IC的专用OLED驱动方案使OLED显示性能最佳，降低了功耗。该器件采用TCP/TAB封装。具有驱动最大132×64点阵的图形显示、提供的逻辑电源为2.4～3.5V、供给OLED屏的电源为7.0～16V、列输出的最大电流为 320μA、行输入的最大电流为45mA、低电流睡眠模式小于5μA、256级对比度控制，可编程帧频、具有几个MCU接口，如68/80并行总线和串行的周边接口、132×65bit显示缓冲器、可以垂直滚动、支持部分显示、工作温度：-40 oC～ 85 oC。

整个系统由单片机、控制驱动电路SSD1303和OLED显示屏三部分组成.SSD1303与单片机接口的引脚有：DO～D7为与单片机接口的数据总线，R/W（RW#）为读写选择信号，D/C为数据/命令选择信号，CS#为片选信号，低电平有效，E（RD#）为使能信号，RES#为复位信号。单片机采用ATMEL 公司生产的低功耗、高性能的AT89C51， AT89C51与SSD1303和显示屏的硬件接线如图2所示，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别与SSD1303的 R/W（RW#）、D/C、CS#、E（RD#）、RES#相连，P0口与SSD1303的数据总线相连。其它引脚的连线VCC接12V，VDD接 2.7V，VSS接地等。下面通过程序来控制这些引脚，从而使OLED显示需要的汉字或图形。主程序软件流程图如图3所示。

图2 单片机AT89C51与SSD1303和显示屏的硬件接线

图3 主程序软件流程图

二、台湾普诚PT6807/PT6808无源矩阵驱动方式

本案例采用ISL97702便携式产品的DC/DC直流升压电源电路，输入电压2.3～5.5V，输出电压根据负载轻重在2～30V范围内可调;OLED显示驱动采用PT6807和PT6808构建的无源矩阵驱动方式，适用于单色小尺寸OLED的显示驱动。

只所以选择ISL97702作为电源IC，需要考虑器件运行在最高效率的同时，尽可能的降低功耗并延长电池工作时间。ISL97702具有一种突发模式以及双输出电压选择功能，用以在轻载电流下保持转换器的效率和电源的节约。并且ISL97702还具有浪涌电流限制、短路保护和关机期间负载隔离等功能。ISL97702的DC/DC直流升压电源电路图，如下图所示：

基于ISL97702的DC/DC直流升压电源电路图

OLED显示屏像素点，按行、列排成矩阵，显示图像时，按行扫描或按列扫描，无源矩阵的基本结构框图，如下所示：

无源矩阵基本结构框图

其中“行”是由公共驱动器PT6807依次选通，“列”则是由列选择器PT6808根据图形要求来开通。例如，图中假如第一行只有第一个OLED导通就只有大约0.3mA，而假如第二行是所有OLLED都选通，而每一行一共有100个OLED，则其总电流大约为33mA。也就是说，其总电流是由每一行中的OLED数，就是其象素数决定。因为OLED的亮度是由其电流决定的，所以保持电流的稳定是很重要的。列驱动通常采用P沟道器件作为电流源。为保证其工作于饱和区，至少需要有2伏电压，这样其输出电流随VDS的变化将会小于1%每伏。当某一行有很多OLED导通时，它的总电流就比较大。这时在连接电极上就会有较大压降，从而使VDS降低。而这种压降又取决于显示的图形，而且是不可避免的。所以必须将电流受VDS的变化而变化的灵敏度降至最低。同时输出电流的不均匀性也受到驱动器件的不一致性的影响，这种不均匀性可以靠提高VGS工作电压和版图匹配技术来减小。

128×128点阵模块驱动接口，如下图所示：

128×128点阵模块驱动接口图

1. 行驱动电路设计

PT6807是点阵OLED图形显示系统64路行驱动器，它利用CMOS技术，提供64个移位寄存器和64路输出驱动，PT6807自己产生时钟信号用来控制PT6808列驱动器。

PT6807可以设计为主，从两种模式，为OLED驱动显示提供方便;主/从模式选择由控制脚MS来控制，在主模式下，选择MS脚为高电平，输入/输出脚DIO1，DIO2，CL2只作为输出脚来用;在从模式下，MS脚被置为低电平，输入/输出脚CL2作为输入来用，而DIO1，DIO2的状态由SHL脚来决定。

晶振电路：主模式下，可由R、C、CR端来决定时钟频率;在从模式下，晶振电路的R，C端为悬空状态，CR端接高电平。

显示占空比选择：显示占空比靠输入脚DS1，DS2的状态来决定;在主模式下根据DS1，DS2脚的设置来选择占空比，有四种占空比1/48，1/64，1/96，1/128可供选择;在从模式下，DS1，DS2脚与电源VDD相连。

移位时钟和相位选择：PCLK2用来选择移位数据是在CL2时钟信号的上升沿，还是下降沿移出;数据移位方向的选择由MS，SHL脚来控制。

2. 列驱动电路设计

PT6808是点阵OLED图形显示系统64路列驱动器，它也利用CMOS技术，并提供显示RAM、64位数据锁存、64位驱动和解码逻辑，内部显示RAM用来存储由八位微处理器传来的显示数据，它根据存储数据产生点阵OLED驱动信号，与PT6807（行驱动器）配合使用。

输入缓存用来允许和禁止PT6808，当输入输出数据和指令被执行时，CS1B和CS3必须处于工作状态，不论CS1B和CS3处于任何状态，RSTB和ADC都可以正常操作，并且内部状态不会改变。

输入寄存器用来与MPU接口，并临时存储要写入显示RAM的数据，当CS1B和CS3处于工作状态时，输入寄存器通过R/W和RS来选定，数据通过MPU被写入输入寄存器，然后写入显示RAM中，数据在E信号的下降沿被锁入，通过内部操作自动写入显示RAM中。

输出寄存器：当CS1B和CS3处于工作状态，并且R/W和RS为高电平时，输出寄存器用来临时存储显示数据RAM，也即显示数据RAM中的存储数据被锁存到输出寄存器。当CS1B和CS3处于工作状态，R/W为高，RS为低时，状态数据（忙检测）可以被读出。

为了读出显示数据RAM中的内容，需要访问读指令两次，在第一次访问中，显示数据RAM中的数据被锁存到输出寄存器中，在第二次访问中，MPU读锁存数据。这就是说，在读显示数据RAM时需要一次假读，但是，在读状态数据时不需要假读。

为了克服在工作过程中当OLED亮度较高时的自动关屏问题，在写入数据之前应该查看该项，若关屏，则将其打开，以保证OLED屏的正常工作。其中判断是否关屏，若关闭则将其自动打开子程序如下：

Rs=0; // rs为数据/指令选择脚

r_w=1; // r_w为读/写输入脚

e =1; // e为允许信号输入脚

busy = P3; // P3接数据线端口

e = 0;

if（busy&0x20==0x00） // 若为真，表示已关屏

{com=0x3f; // com为形参

wr_command（com）;} // wr_command是写命令子程序

三、TFT-OLED模拟像素单元驱动/控制电路

AM-OLED驱动实现方案包括模拟和数字两种。在数字驱动方案中，每一像素与一开关相连，TFT仅作模拟开关使用，灰度级产生方法包括时间比率灰度和面积比率灰度，或者两者的结合。目前，模拟像素电路仍占主流，但在灰度级实现上，模拟技术与时间比率灰度和面积比率灰度理论相结合将会是将来的一个发展趋势。在模拟方案中，根据输入数据信号的类型不同，单元像素电路可分为电压控制型和电流控制型。

电压控制型像素电路

1.两管TFT结构

电压控制型单元像素电路以数据电压作为视频信号。最简单的电压控制型两管TFT单元像素电路如图1所示。

图1 两管TFT驱动电路

其工作原理如下：当扫描线被选中时，开关管T1开启，数据电压通过T1管对存储电容CS充电，CS的电压控制驱动管T2的漏极电流;当扫描线未被选中时，T1截止，储存在CS上的电荷继续维持T2的栅极电压，T2保持导通状态，故在整个帧周期中，OLED处于恒流控制。

其中（a），（b）被分别称为恒流源结构与源极跟随结构，前者OLED处于驱动管T2的漏端，克服了OLED开启电压的变化对T2管电流的影响;后者在工艺上更容易实现。两管电路结构的不足之处在于驱动管T2阈值电压的不一致将导致逐个显示屏的亮度的不均匀，OLED的电流和数据电压呈非线性关系，不利于灰度的调节。

2.三管TFT结构

基于第二代电流传输器原理的电压控制型像素单元电路如图2所示，虚线左边可视为外部驱动电路，右边为单元像素电路。

图2 基于第二代电流传输器原理的像素电路

在控制模式下，T2和T3开启，T1和运算放大器构成第二代电流传输器，由于运算放大器的放大倍数可以取得很大，T1管的阈值电压对电流的影响变得不敏感，此时，流经T1的电流：

IT1=Vin/Rin

并且T1管源极电压应低于OLED的开启电压，防止OLED开启。在保持模式下，T2和T3关断，存储电容Cs维持T1管的栅极电压，电流经T1进入OLED。其中放大器由COMS电路实现，所有同行像素可共用一个运算放大器。

仿真结果表明，尽管T3管存在电荷注入与时钟馈漏效应，使得OLED电流略小于控制电流;在OLED标称电流为1μA，阈值电压漂移超过5V时，控制电流、OLED电流相对误差分别为-0.18%、5.2%，成功补偿了TFT的空间不均性和不稳定性。

虽然电压控制型电路具有响应速度快的特点，但由于不能准确地调节显示的灰度，难以满足显示的需求，于是人们提出电流驱动方案。电流控制型单元像素电路是以数据电流作为视频信号的。

3管电流控制型TFT像素电路

4-TFT电流控制电流镜像素电路

目前，全球已经有多家公司在从事OLED驱动IC的研究，到目前为止，还没有完全商业化的AM-OLED的驱动IC。但NextSierra公司已推出了分别集成的TFT-OLED行列驱动NXS1008、NXS1009和控制芯片NXS1010，张志伟等人采用该系列芯片，通过MCS-51单片机的控制来驱动240×320×3点阵的TFT-OLED屏，实现了大信息量的动态图形显示。

由于液晶显示器件的配套驱动芯片功能比较完善，且价格低廉，所以将此类芯片移用于有源矩阵显示屏（AM-OLED）成为了国内外当前的研究焦点。显示驱动IC是目前TFT-OLED的薄弱环节，开发通用或者专用的驱动IC，并集成控制电路，是提高OLED在平板及显示领域竞争力的重要动力。

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单片机学习指南

队长 路飞的电子设计宝藏 7月26日

鉴于原文只介绍了51单片机的学习路线（当时STM32刚兴起），与当前流行的STM32等高端单片机相比，显得有些落后，所以笔者更新了此文。

一、51和STM32的区别。

STM32比51主频高、RAM大、FLASH大，那么STM32能处理的事情就更多了。

STM32外设比51多，如：CAN、USB、FSMC等，能让你省点芯片。

STM32有固件库，不再需要看着手册，查寄存器来写代码，网上也有很多例程。

众多优势让STM32成为大众化、主流单片机，所以必须从51过渡到STM32的时代。

二、内核与外设。

外设就是外部的设备，如：GPIO、ADC、IIC、UART、SPI等。

内核就是内部的核心，如：ALU算术逻辑单元、流水线、指令集等。

51的内核仍然叫51。STM32的内核有Cortex M0、M0+、M3、M4、M7等。

因为ARM Cortex系列的芯片分为高端的A系列，中端的R系列、低端的M系列，所以STM32有好几种内核。

三、如何从51过渡到STM32？

尽管51有那么多的不好，但是低成本依然是它的优势。一片OTP（一次性编程）的51低至0.3毛，它适用于众多家电产品。

所以并不能以单纯的技术崇拜而把51贬得一无是处。只不过，我们需要掌握更多的技术，以适应不同的工作环境。

既然要从51过渡到STM32，那么停留在51的时间不宜太久，掌握基本的定时器、串口，就可以转到STM32上来了。

有的学校先教汇编，再教C，但我认为，先学C，再到汇编会比较好，因为汇编枯燥难学，导致单片机还没用起来，兴趣就消减一大半了。正如linus那句话，你得先学会使用它。

一、首先掌握C语言语法。

单片机用的C语言叫C51，C51除了标准C的语法之外，还特意为单片机增添了几个语法而已，没有很大区别，那么我们可以装个VS（别再用VC6.0那个老掉牙的IDE啦）然后，随便找本语法书抄代码，模仿写，不看书做出课后习题就可以了，其中流程控制（包括if,for,while,switch等）以及指针和结构体都是需要掌握的。推荐看视频《边用边学C语言》。

二、少量的实践。

接下来，你可以买一块单片机开发板来做一些小玩意了（只买一块开发板56元即可，不必浪费太多钱），譬如：摇摇棒，光立方，密码锁，超声波测距，红外摇控等等（很多新奇有趣的小玩意都可以在论坛找到）。当然，也不需要每个都做，我们可以选一些差异性较大的来做，这样升级会快一些。推荐视频《十天学会单片机》，也可以看开发板配套的视频，教材《单片机c语言程序设计实训100例——基于8051+proteus仿真》。适当的做几个就行，不要在这个阶段停留太久，重点掌握定时器和串口。

三、养成良好的编码习惯。

在《十天学会单片机》里会出现众多不怎么好的代码，但是我们不能一下子写出优秀的代码，必须有个过渡期，所以建议大家先看郭大侠的视频。那么如何写出高效而且可读性好的代码呢？这里只提到一点，不要用拼音来命名变量或者函数名，像int shi,fen,miao;这些都是不良的编码习惯，必须全部使用英文命名。推荐的做法就是多参考大神们写的代码，在百度文库或者各大电子论坛都可以看到很多优秀的代码。此外，推荐《从单片机初学者迈向单片机工程师》、《MISRA C标准工程师笔记》、《C语言编程规范》、《C51代码风格》。

四、了解汇编语言。

单片机工程师又叫固件工程师，因为他们写的代码都是跟寄存器打交道，而寄存器又可以直接控制硬件，处于最底层的软件而且不用经常改动，所以叫固件。这部分需要数电、模电的基础才好理解，所以在大学都是先教数电、模电再教单片机的。现在你要用汇编语言来玩单片机，你会发现汇编比较棘手，写出来的代码可读性差、可移植性差而且很难维护，但汇编即让你很清晰地感受到单片机是如何工作的，以及理解C语言指针的原理。不过，我们不需要钻研汇编语言，只需要有所了解，比如，精准的延时。

一、编译、编辑、版本控制器。

由于STM32的固件库中，函数名、变量名都是很长，我们不可能逐一输入，这就需要用到先进的工具。

1、编译器。仍然使用keil编译代码。

2、编辑器。编辑器就是写代码的工具，因为keil的代码补全、提示都很差，所以要用其它工具来写代码。这就得开两个软件，一个写代码，一个编译代码。虽然这样有点麻烦，但是相对于输入那一大串函数名来比，不算什么。推荐VS、Eclipse(C/C++版本)。不推荐使用source insight（功能不够强大）。

3、版本控制器。这个东西就是用来备份代码的，不要再用压缩包了。推荐git教程。

二、学会固件库。

有了上一步的准备工作之后，先买一块STM32开发板，带仿真器，248元。这里下载代码可不像51那些，用串口就能下载的了，得另外用一个仿真器。

这里的仿真器有ST link、Ulink等，不推荐使用J link。而仿真器的接口有JTAG和SWD，推荐使用SWD，接3根线就可以了。

推荐教材《STM32开发指南库函数教程》，也可以看开发板配套的视频。这里要掌握STM32的外设，如：ADC、RTC、CAN、IIC、SPI、UART、DMA、SDIO、IAP等。

三、自制PCB。

数电、模电基础差的，需要先补充点理论再来。然后下载一个Altium Designer6.9，看《Altium Designer视频教程》。根据自己感兴趣的小玩意来做一块PCB。画好之后先发到群里，让大家指导一下，然后再发到嘉立创打样，很便宜的，而其它材料则到淘宝上买。主要掌握焊接、维修、原理图、PCB等基本功，自己多动手就能掌握的。

四、单片机外面的世界。

就算你现在能玩转单片机，但也只是打开了一扇小小的窗户而已，下面你可以选一个方向，但是工作中可以会用到几个方向的知识，反正尽量多学点。

1、嵌入式操作系统。不推荐用51单片机跑系统。而STM32可以跑ucos II、ucos III、free RTOS、coos、RT-Thread、RTX等。推荐学ucos II，教材是任哲的《嵌入式实时操作系统ucosII原理及应用》，只要掌握一种嵌入式操作系统，其它都可以触类旁通。移植系统时，会用到汇编。推荐学习free RTOS或者RT-Thread。

2、ucgui/STemwin、Touch GFX。STM32可以通过FSMC接口来驱动TFT LCD屏，这里要用到图形界面库，可以学STemwin，STemwin其实就是ucgui，推荐《STemwin开发手册》，也可以学习Touch GFX。

3、上位机。使用单片机采集信号送到PC机上，而PC机需要一个上位机来控制单片机，这个上位机可以用Labview、C++、C、JAVA、甚至是HTML5来写。其中最常用的是单片机跟PC机的串口通信，上位机建议用C或者QT来写，尽管还有很多企业用MFC(C++库)，但是上手比较难，不推荐学MFC。推荐的教材是《C#入门经典》、《QT简介》。

4、数据结构和算法。推荐的教材是周航慈的《嵌入式系统软件中的常用算法》、《数据结构课件》。

5、接口应用。单片机的内部资源比较少，很多时候需要外接一些芯片、传感器。这里需要到用模电、电子测量、计算机网络等知识。推荐的教材是陈尚松等著的《电子测量与仪器》和谢希仁的《计算机网络》。此外，还会用到一些通信模块，比如Zigbee、WIFI、蓝牙、NB-IOT、433模块、NRF24L01、RFID智能卡等，有兴趣可以弄一下，这些都是比较实用的技术。

五、其它问题。

1、单片机的代码是如何运行的？

推荐看《计算机组成原理》。

2、FPGA。

可以参考本博客的《如何学习FPGA》。

3、嵌入式。

很多电子专业的学生就感觉嵌入式很难，那是因为嵌入式涉及很多计算机领域的知识，而这些知识很多是电子专业不开课的，基本功没过关，学起来肯定吃力。具体的学习路线可以参考本博客的《如何学习嵌入式软件》。

4、硬件设计。

可以参考本博客的《如何学习硬件设计——理论篇》、《如何学习硬件设计——实践篇》。

5、开发板的选择。

这里推荐的开发板都是一整板（上面的链接并非广告，只是确实有人不会选开发板才给出来的），里面有很多芯片的。不推荐一个核心板留了很多接口，每个接口都要另外买一块小板，这种板叫子母板，一个母板不贵，但是子板很多，买多几块就花很多钱，而且子板很小，容易丢。

6、为什么学生很难定方案？

因为学生积累的东西并不多，考虑的不那么周全，很多知识似懂非懂，难以制订方案。这时要多接触新事物，只要积累的多，就自然而然的能出方案了，不用太急躁。

7、MDK。

Keil有51版本和ARM版本，其中ARM版本的Keil又称为MDK。

8、stm32 cubemx。

cubemx可以自动生成配置代码，虽然很方便，但不建议初学者使用，会让你懒得不想写代码。

9、为什么编译没问题，下载到单片机却不对？

编译没问题，说明语法没问题，但不能表明逻辑、功能是正确的。

10、为什么网上都有那么多代码可以复制粘贴，还要自己写代码？

因为网上能找到的代码很多，而网上找不到的代码却更多。

11、proteus及multisim仿真。

proteus很适合仿真单片机，但是仿真的效果不能替代实物，一切以实物为准。

multisim适合在学模电时，做一下仿真，以帮助理解电路。

12、为什么有的STM32开发板可以用串口下载代码，还需要仿真器吗？

STM32有个IAP的功能（又称为远程升级），可以用任意的接口来下载代码，但是这种方法是建立在芯片本身有IAP的代码，才可以使用。

在一个没有任何代码的芯片上，不能使用串口下载代码，这时，必须使用仿真器。

13、单片机不就是C语言嘛，还需要学单片机原理？

在工程上会遇到单片机内部资源的调度、IO口的电气特性、带宽等问题，你不懂单片机原理是解决不了这些问题的。

14、单片机的汇编和微机原理的汇编。

微机原理讲的是PC机中x86架构的汇编，和51单片机的汇编是有区别的。不要看错书。

而51单片机的汇编和STM32的汇编也是有区别的，51的是CISC架构，而STM32的是RISC架构。

15、除STM32以外的高端单片机品牌。

有NXP的LPC、新唐、GD32(高仿STM32)、英飞凌、TI的MSP430、Microchip的PIC、瑞萨、ADI、Maxim（美信）、三星。

16、其它单片机品牌。

合泰、辉芒、松瀚、海尔（东软）、STC、义隆、新茂、中颖、ABOV（现代）、Megawin（笙泉）、晟矽微、HOLTEK（盛扬）、九齐、佑华、灵动微。

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