這一章就以市面上常見的IIC接口模塊——OLED屏為例教學(xué)一下IIC接口的驅(qū)動(dòng)怎么寫。

第一步當(dāng)然是搞清楚自己使用的OLED屏幕用的是什么驅(qū)動(dòng)，說(shuō)是屏幕，實(shí)際上就是密集LED點(diǎn)陣，所以必定有用于控制大量LED燈的驅(qū)動(dòng)器，本教學(xué)使用的OLED驅(qū)動(dòng)是SSD1306，該驅(qū)動(dòng)器有多種通信接口，這里使用IIC接口（具體使用什么接口，數(shù)據(jù)手冊(cè)上會(huì)有詳細(xì)介紹）

根據(jù)SSD1306數(shù)據(jù)手冊(cè)的描述，該設(shè)備的從機(jī)地址取決于SA0的電平，但是我翻遍了商家給我的資料也沒找到整個(gè)模塊的硬件原理圖（也有可能遺漏了），無(wú)奈只能打開例程查看從機(jī)地址是0x78。?

數(shù)據(jù)手冊(cè)詳細(xì)描述了1306的IIC接口規(guī)則，7bit的地址位+1bit的讀寫位，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線描述的就是標(biāo)準(zhǔn)的IIC協(xié)議，不必過多糾結(jié)。

下面的內(nèi)容是重點(diǎn)，需要注意的是，編寫任何一個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)，基本上都逃不開指令和數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)方式可能多種多樣，但最多也就是指令與數(shù)據(jù)的排列組合，稍微復(fù)雜一些的會(huì)加上寄存器操作（也就是用單片機(jī)1號(hào)通過某種通信接口控制單片機(jī)二號(hào)），抓住本質(zhì)之后，思路就能打開。

先來(lái)看看數(shù)據(jù)手冊(cè)是怎么描述的：

對(duì)閱讀比較吃力的小伙伴，我撿重點(diǎn)說(shuō)一說(shuō)：

第2條描述的就是從機(jī)地址的設(shè)置，這在前面以及提到了；

第3條說(shuō)的是IIC讀寫位的定義；

第4條說(shuō)的是IIC協(xié)議中應(yīng)答信號(hào)的規(guī)則，這里說(shuō)明了1306會(huì)對(duì)一切IIC數(shù)據(jù)（包括地址|讀寫字節(jié)）作出回應(yīng)；

第5條說(shuō)的是一旦主機(jī)和1306建立通訊（發(fā)送地址|讀寫字節(jié)之后），后續(xù)發(fā)送到IIC總線上的數(shù)據(jù)就會(huì)被識(shí)別成“控制字節(jié)”或“數(shù)據(jù)字節(jié)”，具體什么是控制字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，后文會(huì)詳細(xì)說(shuō)明；

第6條說(shuō)的是每個(gè)控制字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)都會(huì)被回應(yīng)；

第7條說(shuō)的是IIC協(xié)議停止位的規(guī)則；

現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明一下什么是控制字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。對(duì)于屏幕，我們的操作他的目的是在屏幕上面顯示內(nèi)容，“顯示”是一個(gè)動(dòng)作、行為，也可以叫他命令，“內(nèi)容”就是一個(gè)數(shù)據(jù)。所以操控設(shè)備的時(shí)候，至少會(huì)包含一個(gè)指令和一個(gè)數(shù)據(jù)，但是指令和數(shù)據(jù)在各種通信協(xié)議中，都只是一個(gè)8bit的數(shù)，如何區(qū)分他們就成了一個(gè)很關(guān)鍵的點(diǎn)。

1306使用這么一種方式來(lái)區(qū)分他們：一旦通過IIC接口建立通訊，隨后接收的第0個(gè)字節(jié)（byte0）一定是用來(lái)說(shuō)明下一個(gè)字節(jié)（byte1）的類型的，它用2個(gè)字節(jié)來(lái)表達(dá)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)手冊(cè)中貼出了1306使用IIC通信的幀結(jié)構(gòu)圖：

控制字節(jié)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)字節(jié)類型的方式，就是通過其最高的2個(gè)bit位：Co和D/C#。先說(shuō)DC位，D就是data，C就是command，這個(gè)bit位為0就代表緊跟著的下一個(gè)字節(jié)是命令，如果bit位是1，那下一個(gè)緊跟著的字節(jié)就是數(shù)據(jù)。實(shí)際上只要有這么一個(gè)bit位就已經(jīng)可以完成對(duì)1306的控制了，那么現(xiàn)在思考一個(gè)問題，如果我需要連續(xù)寫入大量的命令（比如100個(gè)），為了完成這100個(gè)命令的傳輸，我需要傳輸200個(gè)字節(jié)，因?yàn)槊總€(gè)命令都需要綁定一個(gè)控制字節(jié)。為了提高傳輸效率，Co位應(yīng)運(yùn)而生，如果Co位是0，且DC位也是0，那么1306就會(huì)把該控制字節(jié)之后傳入的所有數(shù)據(jù)都認(rèn)定為命令，這樣一來(lái)如果要寫入100個(gè)命令，實(shí)際上只需要發(fā)送101個(gè)字節(jié)就能實(shí)現(xiàn)目的，效率幾乎是翻倍了。對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)，也是一樣的，只需要把Co位設(shè)置為0，DC位設(shè)置為1，后續(xù)傳入的字節(jié)就全是數(shù)據(jù)了。如果沒有這種連續(xù)寫入大量同類型數(shù)據(jù)（命令/數(shù)據(jù)，括號(hào)里的數(shù)據(jù)是對(duì)屏幕顯示而言的，這個(gè)括號(hào)之前的數(shù)據(jù)是對(duì)IIC總線而言的）的需求，也可以把Co位置1以采用 “控制字節(jié)+數(shù)據(jù)字節(jié)（DC byte）”的方式實(shí)現(xiàn)功能。

下面就是代碼的編寫，我們使用聯(lián)合體直接列出需要發(fā)送的幀結(jié)構(gòu)，需要發(fā)送時(shí)只需要賦值對(duì)應(yīng)的位再發(fā)送value這個(gè)數(shù)組就可以了，這么寫就不需要在發(fā)送的時(shí)候進(jìn)行位操作，大幅度提高代碼可讀性：

再貼一個(gè)發(fā)指令的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)使用的是單次寫入的方式，效率不高但是方便使用，需要注意的是這個(gè)函數(shù)不具備建立IIC通信的能力，他只負(fù)責(zé)在已建立通信的情況下發(fā)出一個(gè)完整的指令。

現(xiàn)在我們擁有了建立IIC通信和發(fā)送指令的函數(shù)，實(shí)際上就已經(jīng)可以用這些函數(shù)看看效果了，1306有一個(gè)指令是A5H，他的作用是強(qiáng)制點(diǎn)亮屏幕上所有的像素點(diǎn)，正確初始化OLED之后，再發(fā)送A5H即可。

關(guān)于OLED的初始化，模塊的資料提供了一套完整的初始化指令，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是上電之后需要先把這一堆指令發(fā)給OLED驅(qū)動(dòng)，之后屏幕才會(huì)正常工作，具體到每個(gè)指令的詳細(xì)功能，還請(qǐng)讀者查看1306數(shù)據(jù)手冊(cè)的指令表章節(jié)，或者直接搜索1306指令的相關(guān)資料。

話題拉回屏幕顯示這一塊，我們的目標(biāo)肯定不只是把整個(gè)屏幕擦亮這么簡(jiǎn)單，屏幕要么拿來(lái)畫畫，要么拿來(lái)寫字，他至少要能夠?qū)懽植判小，F(xiàn)在已經(jīng)知道的是，屏幕就是一個(gè)LED陣，那只要控制一批像素點(diǎn)按照固定的規(guī)則點(diǎn)亮就能顯示我們想要的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的過程也叫取字模，售賣屏幕的商家打包的資料都會(huì)有取字模的軟件，如果沒有也可以直接去網(wǎng)上下一個(gè)。將字模數(shù)據(jù)預(yù)置存儲(chǔ)在單片機(jī)里面，需要的時(shí)候直接發(fā)出去就能顯示，這種辦法簡(jiǎn)單而有效。

很好，現(xiàn)在我們寫字的目標(biāo)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成“在合適的位置點(diǎn)亮合適的像素點(diǎn)”，那怎么確定位置呢？屏幕有那么多像素點(diǎn)，現(xiàn)在空有數(shù)據(jù)，卻沒有位置。這個(gè)時(shí)候就需要簡(jiǎn)單說(shuō)明一下OLED的顯示邏輯了，整個(gè)屏幕被劃分成了多個(gè)頁(yè)，每一頁(yè)都有128列像素點(diǎn)，屏幕的分辨率是128*64，橫向128像素，縱向64像素，我們每次寫入的數(shù)據(jù)都是8bit的，這個(gè)8bit數(shù)據(jù)指示了某個(gè)像素頁(yè)內(nèi)某一列的像素狀態(tài)。形象地說(shuō)就是：8個(gè)點(diǎn)排一列，橫向排128列就組成了一個(gè)頁(yè)，整個(gè)屏幕一共有8個(gè)頁(yè)，這8個(gè)頁(yè)再縱向排列，最終形成了一個(gè)128*64的屏幕。

想要在正確的位置顯示內(nèi)容，就得選擇正確的頁(yè)（后文直接稱page），page0-page7一共8個(gè)，每個(gè)page都有自己的物理地址，從B0H到B7H，所以我們可以以此寫一個(gè)確定光標(biāo)位置的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)可以在我們需要寫字的時(shí)候錨定一個(gè)正確的顯示位置。

前文提到字模，其實(shí)就是一批8bit數(shù)據(jù)，再結(jié)合剛剛說(shuō)明的屏幕顯示原理，就不得不再次思考一個(gè)問題，像素得精細(xì)到什么程度才能看起來(lái)像一個(gè)字，在像的情況下，還要符合OLED這種一頁(yè)8行像素的特點(diǎn)（因?yàn)檫@樣會(huì)更好操作）。答案是使用8n個(gè)像素寬度的正方形來(lái)顯示字符，目前來(lái)看16*16大小的字符正好符合要求，這也是大部分小屏顯示會(huì)選擇的大小。如此一來(lái)想要顯示一個(gè)字符就需要寫2個(gè)page的若干列數(shù)據(jù)，于是就有了寫字函數(shù)，具體代碼如下圖：

該函數(shù)首先建立IIC通信，與從機(jī)建立通信后設(shè)置顯示字符的坐標(biāo)，隨后直接按順序發(fā)出上半部分和下半部分的像素?cái)?shù)據(jù)即可，這個(gè)函數(shù)可以獨(dú)立完成對(duì)字符的顯示，后續(xù)演示代碼中顯示字符串的函數(shù)基于此函數(shù)實(shí)現(xiàn)，雖然對(duì)于字符串的顯示，最佳方案是建立一次通信就完成所有數(shù)據(jù)的傳輸，但那樣的代碼會(huì)把各種功能雜糅在一起，層次不夠分明，這里這么規(guī)劃也是為了內(nèi)容更好理解，關(guān)于IIC與OLED的代碼文件會(huì)附在文章最后。

所有用于像素顯示的數(shù)據(jù)都會(huì)被存到Graphic Display Data RAM(GGDRAM)中，既然是RAM，理論上在上電的時(shí)候，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)該都是0才對(duì)，但為了避免不必要的干擾可能造成的影響，我們還需要一個(gè)清屏函數(shù)，該函數(shù)其實(shí)就是對(duì)所有page的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行置0操作。

具備所有的前提條件，我們就可以在main函數(shù)中顯示內(nèi)容了，在設(shè)備初始化中加入IIC初始化和OLED初始化，再加上字符串顯示就大功告成了。

最后貼一個(gè)圖來(lái)看看成品效果

文章末尾說(shuō)一些題外話，互聯(lián)網(wǎng)上有很多軟件模擬IIC和OLED驅(qū)動(dòng)的相關(guān)資料，除去寫字部分的應(yīng)用層代碼，數(shù)據(jù)鏈路層部分的代碼建議還是自己寫，這些開源代碼的IIC總線效率實(shí)際上很低，而且容易造成誤解，編者在研究商家給的例程時(shí)，一直不理解為什么例程發(fā)0x00作為控制字節(jié)的時(shí)候能初始化成功，而我卻不行，后來(lái)仔細(xì)思考了一番是因?yàn)樗麄兊腎IC，每次建立通訊都只會(huì)發(fā)送2個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，也就是說(shuō)，如果要發(fā)送20個(gè)命令，就需要建立20次IIC通信，每次都要重新發(fā)送從機(jī)地址，發(fā)送這20個(gè)命令實(shí)際上要發(fā)送60個(gè)字節(jié)（包括IIC地址字節(jié)的話），功能當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)，但是效率很低，而且這種代碼注釋并不詳細(xì)（甚至是挪用代碼還不改注釋），如果作為學(xué)習(xí)使用但不加說(shuō)明的話很容易造成誤解（至少我被誤解了），讀者如果真的有學(xué)習(xí)需求而不是單純的挪用需求，最好還是以手冊(cè)描述的內(nèi)容為準(zhǔn)。

審核編輯：黃飛

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