概述

在讲完I2C相关所有概念、I2C通信协议、时序要求等问题后，我们再了解一下支持I2C通信的硬件从机设备——OLED。

这可以为后续我们做实验打下基础。

使用I2C协议驱动OLED显示屏

若想使用I2C协议驱动OLED显示屏，你需要知道以下内容：

1. OLED显示屏的硬件从机地址。
2. OLED显示屏I2C通信的数据帧格式。
3. 常见OLED显示屏控制指令。

下面逐一讲解这些内容。

OLED显示屏的硬件从机地址

通过查阅手册，我们知道OLED显示器的硬件从机地址是下面这样的：

0 1 1 1 1 0 SA0

其中的SA0是什么呢？

手册中的原话是：

D/C# pin acts as SA0 for slave address selection.

D/C#引脚作为SA0用于从地址选择。

也就是说，D/C 引脚作为SA0用于从地址选择。那么D/C引脚在哪里呢？

我们可以直接查看OLED的硬件电路图，如下图所示：

其中D/C引脚部分的电路图如下所示：

所以D/C引脚的电平值，可以是高电平的1，也可以是低电平的0，具体使用哪一个要看引脚被焊接到哪一个电阻上。

那这怎么看呢？把OLED屏幕反着放置在桌上，就能看到如下内容：

那么这张图表示SA0是低电平0还是高电平1呢？

首先这里的两个值Ox78和Ox7A，都不是它的从机地址，因为两位十六进制数表示8位二进制数，而从机地址是7位的。

这两个数是寻址字节的取值，也就是**“从机地址的7位二进制，再添上一个0（写标志）”**得到的8位数值。

0x78的二进制表示是：

0 1 1 1 1 0 0 0

和上面的：

0 1 1 1 1 0 SA0

这说明SA0的取值是0，我们使用的OLED屏幕D/C引脚实际是接地的。

除此之外，我们还需要注意这个电路图的这个部分：

OLED屏幕的SDA和SCL引脚都各自内置了一个4.7KΩ的上拉电阻，这就意味着OLED屏幕接入电路后，完全不需要再手动添加上拉电阻了。

OLED内部电路中的上拉电阻就可以帮助我们实现，I2C通信中"逻辑线与"的功能。

想一想，我们早就使用过OLED屏幕了，使用的工具函数就是基于I2C通信协议实现的，但我们并没有在电路中接入上拉电阻，原因就在于此。

OLED显示屏I2C通信的数据帧格式

I2C通信可以实现单片机和外部其它芯片/集成电路的数据通信，在上面我们讲解是通用的数据帧格式。

即先发起始位，再发寻址字节表示读/写某个从机，随后就是正常的数据交互过程。

但不同的外设，它们的数据帧，往往在第二个字节的数据发送处会有所不同。

比如像EEPROM（以字节为单位读写的非易失性存储器，类似一个小Falsh闪存），以及各类支持I2C通信的传感器。

主机与它们通信时，就需要通过发送的第二个字节的数据，指出读/写的寄存器的地址，从而实现数据存储，获取数据等功能。

所以这类设备的数据帧格式如下所示（以写数据为例）：

[S] [寻址字节] [ACK] [寄存器地址] [ACK] …[数据字节] [ACK] [P]

更详细的一个数据帧的格式就如下所示：

[起始位] [从机地址][读写标志] 从机应答 [需要写的从机寄存器地址]从机应答[写到从机寄存器的1个字节数据]从机应答…从机应答[停止位]

所以在使用这些设备时，你还需要通过查阅手册，获取你想要实现功能所需的寄存器的地址，操作还是比较繁琐的。

但OLED屏幕使用时的数据帧格式相对比较简单，因为它本身不是用于存储数据的外设，所以寄存器设计简单。

总之OLED显示屏I2C通信的数据帧格式，如下所示：

[起始位] OLED设备从机地址[读写标志] 从机应答 [控制字节]从机应答[后续指令/需要写的字节数据]从机应答…从机应答[停止位]

当然，使用OLED时你也需要查一查控制字节有哪些，控制指令有哪些，写字节数据时具体的写法。

其中第二个控制字节的选项只有两个：

控制字节	作用
0x00	发送 命令（如清屏、设置光标位置）
0x40	发送 待显示数据（写入 OLED 显存）

在向 OLED 发送数据时，必须在寻址字节后面 再发送一个控制字节，告诉 OLED 如何处理后续的字节数据。

常见OLED显示屏控制指令

由于我们本章节只用于I2C通信入门，所以我们只需要了解简单的控制指令用于实现I2C通信即可。

慢慢查阅手册比较麻烦，我这里就列出两个我们做实验会用到的指令字节序列。

假如我想实现一个简单功能：开启OLED，并点亮全部像素。

此时只需要控制主机向从机屏幕发送以下指令序列就可以了：

uint8_t Commands[] = {
 0x00,       // 下面的指令是命令流
 0x8D, 0x14, // 开启电荷泵
 0xAF,       // 打开屏幕
 0xA5        // 让屏幕全亮，点亮所有像素点
};

组指令可以用于初始化 OLED 并让屏幕全亮。以下是解释：

1. 0x00: 表示发送的是命令流。
2. 0x8D, 0x14: 打开 OLED 的内部电荷泵，为 OLED 提供驱动电压。
3. 0xAF: 打开 OLED 显示。
4. 0xA5: 让屏幕所有像素点亮。

假如我想实现一个简单功能：完全关闭OLED。

也就是上面操作的逆向操作，你只需要操作主机向OLED从机发送以下指令序列即可：

uint8_t Commands[] = {
    0x00,       // 下面的指令是命令流
    0xA4,       // 普通显示模式
    0xAE,       // 关闭 OLED 显示
    0x8D, 0x10  // 关闭电荷泵
};

说明：

1. 0x00: 表示发送的是命令流。
2. 0xA4: 将 OLED 从 “全屏像素点亮” 模式（0xA5）切换到全部像素熄灭状态。
3. 0xAE: 关闭 OLED 显示。
4. 0x8D, 0x10：关闭电荷泵，停止为 OLED 提供驱动电压，彻底关闭OLED。

主机读OLED。

上面是实现了写OLED屏幕的功能，实际上OLED在I2C通信中几乎只需要主机写功能，OLED作为从机几乎没必要向主机发送数据。

毕竟OLED既不是存储器也不是传感器，但OLED仍然具有唯一一个向主机发送数据的功能：返回状态字节。

如下图所示：

SSD1306控制芯片的OLED屏幕没有提供明确的可读寄存器地址，主机读OLED从机时，会直接出现以下情况：

1. 主机发送起始信号。
2. 主机发送从机地址 + 读模式（0x78 | 0x01）。
3. 从机OLED直接返回状态字节给主机。

状态字节中只有bit6是有效的，它用于指示当前OLED是否开启，比如刚刚执行完0xAE指令，OLED就处于关闭状态，bit6的值就是1。

所以我们在演示I2C主机读OLED时，可以使用这个操作，读一下OLED屏幕的当前亮灭状态。

读写操作时序图举例

OLED屏幕写模式下的时序图

在寻址成功后，发送两个字节数据给OLED

待发送的两个字节数据是：0x66，0x88

I2C通信的比特序是MSB，从最高位发送到最低位

I2C写的过程，从主机发送写模式寻址字节0x78开始

由于我们需要用指令控制OLED屏幕，所以第二个字节需要发送0x00，让OLED屏幕进入指令控制模式

0x78: 0111 1000

SCL与SDA输出高电平 ——> 空闲时间

SDA在SCL高电平期间拉低，开始传输起始信号

SCL的第一个下降沿，起始信号传输完成，准备通信

传输开始

第一个字节为寻址字节(7 + 1)， 7位地址位和1位读写标志

• 读写标志位为0， 表示主机向从机写数据
• 读写标志位为1，表示从机发送数据到主机，也就是主机读数据

传输过程中

SCL一个高低电平代表一个时钟周期，并且只有在SCL处于高电平期间为工作时间，所以SDA需要在休息时间，准备号数据，完成电平的转换。

应答

从机拉低SDA——表示ACK应答成功

I2C通信，每一个数据帧，不限制发送的字节数量，但是每发一个字节都要应答1个时钟周期

传输停止

SCL 高点平工作时间内，SDA产生一个上升沿

在发送停止信号的前一个休息时间内，需要拉低SDA电平，以便产生上升沿

OLED屏幕读模式时序图

读模式下，OLED屏幕的寻址字节是：0x79 0111 1001

假如说，OLED屏幕现在是关闭状态，OLED发送的状态字节的bit6位就是1‘

假设OLED发送的状态字节是：0100 0000

读模式下主机应答NACK(无应答)，代表不再接收数据