Вывод текста на OLED дисплей с контроллером SH1106 по шине SPI через библиотеку HAL

в 11:37, , рубрики: atollic true studio, hal, SH1106, SPI, stm32f407, подключение OLED к МК, программирование микроконтроллеров, Электроника для начинающих

Здравствуйте, уважаемые читатели. В своих разработках на микроконтроллерах STM32, для вывода осмысленной информации, я пользуюсь OLED дисплеями на чипе SSD1306. В последний раз пришел ко мне 1,3" SPI модель по демократичной цене — около 200руб. Первое, что бросилось в глаза — надпись SH1106 вместо SSD1306, поиск в интернете прояснил, что это практически тоже самое, только оставлен единственный страничный режим адресации, да и тот ограничен одной строкой. Как с ним работать я и постараюсь объяснить вам в этой публикации.

Где-то с год назад мне стало не хватать возможностей синей пилюли (STM32F103) и была заказана китайская плата разработчика STM32F407VE. Для отладки, часто, двух светодиодов не хватает, поэтому в каждом проекте для вывода информации подключаю OLED SSD1306 по шине I2C, в который влюбился еще со времен Arduino. Так как графику я на него не вывожу, в основном числа и текст, а размер готовых библиотек и их содержание поражал мое воображение, была написана небольшая библиотечка, которую я немного адаптировал под SH1106 и хочу поделится с вами процессом ее написания. Дисплей приехал 7pin SPI:

sh1106

Плата разработчика у меня такая, но ничего вам не помешает подключить к другой, хоть на STM3F103, для чего HAL и был придуман (разве не так ?):

F407board

Выберем в CubeMX наш STM32F407VE кристалл, обязательно включим режим отладки, иначе потом перешивать придется через UART1. В Clock Configuration выберем резонаторы 8MHz и зададим частоту работы кристалла 168MHz от HSE. При желании можете сконфигурировать на выход ножки PA6 и PA7, к которым подключены светодиоды D2 и D3 (загораются подачей лог «0») для контроля прохождения проблемных точек кода:

RccDebug

На плате SPI1 выведен на колодку NRF24L01 и к нему у меня подключен ESP-PSRAM64H, для дисплея остался SPI3. Выберем его мастером на передачу в DMA режиме и активируем прерывания, настройки будут такие :

SpiAll

Теперь настроим ножки управляющих сигналов DC (данные/команда), RESET (аппаратный сброс) и CS (выбор дисплея) :

Gpio

Таблица соединений :

SH1106 — STM32F407

  1. GND — GND
  2. VDD — 3V3
  3. SCK — PC10
  4. SDA — PC12
  5. RES — PD0
  6. DC — PC11
  7. CS — PA15

Увеличим Heap и Stack в 2 раза и создадим проект для Atollic, и выберем его запуск. Сразу создадим библиотеку, которую потом будем подключать к своим проектам. В левом окне раскроем папку Src нашего проекта и в меню выберем File->Source File, введем имя нашей библиотеки spi1106.c аналогично создадим File->Header File с именем spi1106.h. Последний перенесем из папки Src в Inc и откроем для редактирования, между #define ic1306_H_ и #endif /* ic1306_H_ */ определим короткие команды для управлением сигналами CD, RESET и CS и функцию инициализации экрана:

#define SPI1106_H_
#include "main.h"
void sh1106Init (uint8_t contrast, uint8_t bright, uint8_t mirror);
#define SH_Command HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define SH_Data HAL_GPIO_WritePin(DC_GPIO_Port, DC_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define SH_ResHi HAL_GPIO_WritePin(RES_GPIO_Port, RES_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define SH_ResLo HAL_GPIO_WritePin(RES_GPIO_Port, RES_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define SH_CsHi HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, CS_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define SH_CsLo HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, CS_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#endif /* SPI1106_H_ */

В файле spi1106.c начнем создавать наши функции, вначале подключим main.h, хэдер нашей библиотеки и выбранного канала SPI дисплея:

#include "main.h"
#include <spi1106.h>
extern SPI_HandleTypeDef hspi3;

Напишем функции пересылки кода команды через SPI при помощи библиотеки HAL:

void SH1106_WC (uint8_t comm)
{
uint8_t temp[1];
SH_Command;
SH_CsLo;
temp[0]=comm;
HAL_SPI_Transmit(&hspi3,&temp,1,1);
SH_CsHi;
}

Функция инициализации с минимальным набором команд:

void sh1106Init (uint8_t contrast, uint8_t bright,uint8_t mirror)
{
SH_ResLo;
HAL_Delay(1);
SH_ResHi;
HAL_Delay(1);
SH1106_WC(0xAE); //display off
SH1106_WC(0xA8); //--set multiplex ratio(1 to 64)
SH1106_WC(0x3F); //
SH1106_WC(0x81); //--set contrast control register
SH1106_WC(contrast);
if (mirror) {SH1106_WC(0xA0);
SH1106_WC(0xC0);}
else {SH1106_WC(0xA1);
SH1106_WC(0xC8); }
SH1106_WC(0xDA);
SH1106_WC(0x12);
SH1106_WC(0xD3);
SH1106_WC(0x00);
SH1106_WC(0x40);
SH1106_WC(0xD9); //--set pre-charge period
SH1106_WC(bright);
SH1106_WC(0xAF); //--turn on SSD1306 panel
}

С ней, надеюсь все понятно, первый параметр — контрастность (0-255), второй — яркость (разбита на два полубайта, комбинации 0xX0 0x0X недопустимы), третий — ориентация дисплея (0/1). Для понимания работы дисплея и дальнейших функций вывода изображения советую почитать статью на Датагоре «Визуализация для микроконтроллера. Часть 1. OLED дисплей 0.96» (128х64) на SSD1306" и переведенный русский даташит SSD1306.

До бесконечного цикла в main.c проведем инициализацию дисплея :

/* USER CODE BEGIN 2 */
sh1106Init (40,0x22,0);
/* USER CODE END 2 */

На экране увидите графические узоры типа таких :

noise

В файле spi1106.h напишем определение сразу еще трех функций — очистки, печати мелким и средним шрифтом :

void sh1106Clear(uint8_t start, uint8_t stop);
void sh1106SmallPrint(uint8_t posx, uint8_t posy, uint8_t *str);
void sh1106MediumPrint(uint8_t posx, uint8_t posy,uint8_t *str);

В функции очистки в файле spi1106.c выбор страницы с 0-ой по 7-ю осуществляется командой 0xB0...0xB7 и будет выглядеть так :

void sh1106Clear(uint8_t start, uint8_t stop)
{ uint32_t *adrclear;
uint32_t timep,timec;
uint8_t dt[128];
adrclear=(uint32_t *)dt;
for(uint8_t i=0;i<32;i++) {*adrclear++=0x00;}
for (uint8_t m = start; m <= stop; m++)
{
SH1106_WC(0xB0+m);
SH1106_WC(2);
SH1106_WC(0x10);
SH_Data;
SH_CsLo;
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3,dt,128);
timec=HAL_GetTick();
timep=timec+50;
while ((HAL_SPI_GetState(&hspi3) != HAL_SPI_STATE_READY)&&(timec<timep))
{timec=HAL_GetTick();}
SH_CsHi;
}
}

До основного цикла в main.c, после инициализации, вставим очистку :

sh1106Clear(0,7);

Можете поиграться с очисткой, задав заполнение своим узором, мы же двигаем далее, вставим в файл spi1106.c ближе к началу сперва маленький шрифт из файла DefaultFonts.c (взял из какой-то ардуиновской библиотеки). Особенностью данного шрифта является, то что он вертикально ориентирован (как раз под структуру отображения байта дисплеями SSD1306/SH1106). В начале массива символов необходимо удалить ненужные нам 4-е служебных байта. Весь фонт вы найдете в архиве библиотеки, в качестве примера, приведу лишь начало:

SmallFont

const uint8_t SmallFont[] =  //  Шрифт  SmallFont
{
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, //	001)	0x20=032	пробел
0x00, 0x00, 0x00, 0x2F, 0x00, 0x00, //	002)	0x21=033	!
0x00, 0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00, //	003)	0x22=034	"
0x00, 0x14, 0x7F, 0x14, 0x7F, 0x14, //	004)	0x23=035	#
0x00, 0x24, 0x2A, 0x7F, 0x2A, 0x12, //	005)	0x24=036	$
0x00, 0x23, 0x13, 0x08, 0x64, 0x62, //	006)	0x25=037	%
0x00, 0x36, 0x49, 0x55, 0x22, 0x50, //	007)	0x26=038	&
0x00, 0x00, 0x05, 0x03, 0x00, 0x00, //	008)	0x27=039	'
0x00, 0x00, 0x1C, 0x22, 0x41, 0x00, //	009)	0x28=040	(
0x00, 0x00, 0x41, 0x22, 0x1C, 0x00, //	010)	0x29=041	)
0x00, 0x14, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x14, //	011)	0x2A=042	*
0x00, 0x08, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x08, //	012)	0x2B=043	+
0x00, 0x00, 0x00, 0xA0, 0x60, 0x00, //	013)	0x2C=044	,
0x00, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, //	014)	0x2D=045-
0x00, 0x00, 0x60, 0x60, 0x00, 0x00, //	015)	0x2E=046	.
0x00, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, //	016)	0x2F=047	/
//
0x00, 0x3E, 0x51, 0x49, 0x45, 0x3E, //	017)	0x30=048	0
0x00, 0x00, 0x42, 0x7F, 0x40, 0x00, //	018)	0x31=049	1
0x00, 0x42, 0x61, 0x51, 0x49, 0x46, //	019)	0x32=050	2
0x00, 0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31, //	020)	0x33=051	3
0x00, 0x18, 0x14, 0x12, 0x7F, 0x10, //	021)	0x34=052	4
0x00, 0x27, 0x45, 0x45, 0x45, 0x39, //	022)	0x35=053	5
0x00, 0x3C, 0x4A, 0x49, 0x49, 0x30, //	023)	0x36=054	6
0x00, 0x01, 0x71, 0x09, 0x05, 0x03, //	024)	0x37=055	7
0x00, 0x36, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36, //	025)	0x38=056	8
0x00, 0x06, 0x49, 0x49, 0x29, 0x1E, //	026)	0x39=057	9
0x00, 0x00, 0x36, 0x36, 0x00, 0x00, //	027)	0x3A=058	:
0x00, 0x00, 0x56, 0x36, 0x00, 0x00, //	028)	0x3B=059	;
0x00, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41, 0x00, //	029)	0x3C=060	<
0x00, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, //	030)	0x3D=061 =
0x00, 0x00, 0x41, 0x22, 0x14, 0x08, //	031)	0x3E=062	>
0x00, 0x02, 0x01, 0x51, 0x09, 0x06, //	032)	0x3F=063	?
//
0x00, 0x32, 0x49, 0x59, 0x51, 0x3E, //	033)	0x40=064	@
0x00, 0x7C, 0x12, 0x11, 0x12, 0x7C, //	034)	0x41=065	A
0x00, 0x7F, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36, //	035)	0x42=066	B
// ...
}

Напишем функцию печати маленьким шрифтом высотой одна страница (ширина 6, высота 8 точек), где posx знакоместо, кратное 6 пикселям дисплея, а posy номер страницы (0 — верхняя, 7 — нижняя):

void sh1106SmallPrint(uint8_t posx, uint8_t posy, uint8_t *str)
{
uint8_t dt[128];
uint16_t posfont, posscr;
uint32_t *adrclr;
uint16_t *adrdst,*adrsrc;
uint32_t timer,timec;
adrclr=(uint32_t *)&dt;
uint8_t code;
code=*str++;
for(uint8_t i=0;i<32;i++) { *adrclr++=0; }
posscr=posx*6;
while (code>31)
{
if(code==32) {posscr+=2;}
else
{posfont=6*(code-32);
adrdst=(uint16_t *)&dt[posscr];
adrsrc=(uint16_t *)&SmallFont[posfont];
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
posscr+=6;
}
code=*str++;
if (posscr>122) break;
}
SH1106_WC(0xB0+posy);
SH1106_WC(2);
SH1106_WC(0x10);
SH_Data;
SH_CsLo;
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3,dt,128);
timec=HAL_GetTick();
timer=timec+50;
while ((HAL_SPI_GetState(&hspi3) != HAL_SPI_STATE_READY)&&(timec<timer))
{timec=HAL_GetTick();}
SH_CsHi;
}

Затем, в библиотеке spi1106.c после мелкого шрифта вставим средний (высота 16, ширина 12 пикселей) из того же файла DefaultFonts.c (также удалите 4 служебных байта в начале массива) и напишем функцию печати средним шрифтом высотой две страницы, где posx знакоместо, кратное уже 12 пикселям дисплея, а posy аналогично предыдущей функции номер страницы:

void sh1106MediumPrint(uint8_t posx, uint8_t posy, uint8_t *str)
{
uint8_t dt[256];
uint16_t posfont, posscr;
uint32_t *adrdst, *adrsrc;
uint32_t timer,timec;
adrdst=(uint32_t *)&dt;
uint8_t code;
code=*str++;
for(uint8_t i=0;i<64;i++) { *adrdst++=0; }
posscr=posx*12;
while (code>31)
{posfont=24*(code-32);
adrsrc=(uint32_t *)&MediumFont[posfont];
adrdst=(uint32_t *)&dt[posscr];
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
adrsrc=(uint32_t *)&MediumFont[posfont+12];
adrdst=(uint32_t *)&dt[posscr+128];
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
*(adrdst++)=*(adrsrc++);
code=*str++;
posscr+=12;
if (posscr>116) break;
}
SH1106_WC(0xB0+posy);
SH1106_WC(2);
SH1106_WC(0x10);
SH_Data;
SH_CsLo;
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3,dt,128);
timec=HAL_GetTick();
timer=timec+50;
while ((HAL_SPI_GetState(&hspi3) != HAL_SPI_STATE_READY)&&(timec<timer))
{timec=HAL_GetTick();}
SH1106_WC(0xB0+posy+1);
SH1106_WC(2);
SH1106_WC(0x10);
SH_Data;
SH_CsLo;
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3,dt+128,128);
timec=HAL_GetTick();
timer=timec+50;
while ((HAL_SPI_GetState(&hspi3) != HAL_SPI_STATE_READY)&&(timec<timer))
{timec=HAL_GetTick();}
SH_CsHi;
}

В main.c после очистки напечатаем приветствие :

sh1106SmallPrint(0,0,(uint8_t *) "Hello SH1106_1234567890");
sh1106MediumPrint(0,1,(uint8_t *) "Hi SH1106");
sh1106MediumPrint(0,3,(uint8_t *) "Hello SH1106");

hello

Как видно, библиотека корректно обрезает строку, не налезая на следующую и не вылетая в HardFault при выходе за выделенный буфер. Можно было написать еще функцию вывода больших символов и графические примитивы, но честно говоря, мне рассмотренных пока хватает, оставим это на домашнее задание для вас.

И в завершение определим скорость обновления всего экрана, в главном цикле напишем такую программу, которая заполняет по одному пикселю буфер экрана и затем обновляет 7 страниц и печатает на последней строке время в миллисекундах :

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
uint8_t buf[128*8];
char str[32];
uint16_t count;
uint8_t x,y,b;
uint32_t timep,timec;
while (1)
{
count++;
b=count&0x07;
x=(count>>3)&0x7f;
y=(count>>10)&0x07;
buf[y*128+x]=buf[y*128+x]|(1<<b);
timec=HAL_GetTick();
for (uint8_t m = 0; m < 7; m++)
{SH1106_WC(0xB0+m);
SH1106_WC(2);
SH1106_WC(0x10);
SH_Data;
SH_CsLo;
HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi3,buf+m*128,128);
while ((HAL_SPI_GetState(&hspi3) != HAL_SPI_STATE_READY))
{__NOP();}
SH_CsHi;
}
timep=HAL_GetTick();
sprintf(str, "%d", timep-timec);
sh1106SmallPrint(0,7,str);
/* USER CODE END WHILE */

speed

По скорости заполнения — примерно одна страница в секунду и мелькающим в нижней строке то "0" то "1" можно сказать, что достигнута скорость обновления семи строк экрана менее 1ms, т.е. около 1000fps. Конечно с учетом реальных задач построения изображения в буфере, будет медленнее, но результат впечатляет. Да и задержку ожидания можно вставить до пересылки по SPI и распаралелить задачи отрисовки МК и перекидывания по SPI в режиме DMA.

Надеюсь данная публикация будет полезна вам для изучения алгоритма работы с данным дисплеем.

Автор: Максим Ильин

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js