1、無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED模組電路設(shè)計(jì)摘 要有機(jī)發(fā)光二極管又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Light-Emitting Diode，OLED），其原理是電致發(fā)光1-3。這是一種在近幾年發(fā)展迅速并且有很廣闊的發(fā)展空間的新型顯示器件。OLED基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。當(dāng)電力供應(yīng)至適當(dāng)電壓時(shí)，正極空穴與陰極電荷就會(huì)在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)RGB三原色，構(gòu)成基本色彩4。加之OLED具有自發(fā)光、廣視角(達(dá)170以上)、反應(yīng)時(shí)間快（1s量級(jí)）、發(fā)光效率高、工作電壓低(3-10V)等優(yōu)良特性，

2、因此被喻為下一代的明星平板技術(shù)5。本文著重對(duì)OLED的驅(qū)動(dòng)原理、驅(qū)動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行研究。通過(guò)OLED的結(jié)構(gòu)以及顯示特性，研究其驅(qū)動(dòng)原理和驅(qū)動(dòng)方式，比較無(wú)源驅(qū)動(dòng)和有源驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺，選擇使用一款型號(hào)為SSD1306的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)一片12864的無(wú)源OLED屏幕。并設(shè)計(jì)用8051單片機(jī)作為控制系統(tǒng)。因此整個(gè)設(shè)計(jì)電路由驅(qū)動(dòng)電路和控制電路兩部分組成。電路設(shè)計(jì)完成后編寫初始化和顯示實(shí)例程序，并燒錄至單片機(jī)中，能按照預(yù)先程序設(shè)定點(diǎn)亮OLED并顯示。關(guān)鍵詞：有機(jī)電致發(fā)光,OLED,SSD1306；單片機(jī) Design of PM-OLED Modular CircuitAbstractOLED, the

3、 abbreviation of Organic Light-Emitting Diode6-8. Its principle is electroluminescence9. It develop rapidly in recent years and has a very broad space for development of new display device. The basic structure is ITO ,connected to the power of the anode, with another metal cathode, packaged like a s

4、andwich. OLED is illuminated and has wide angle(more than 170), fast reaction time(1s level）, high luminous efficiency, low working voltage (3-10V), and other fine features, so it is called the star of the next generation flat panel technology.This paper focuses on the drive principle of OLED, drive

5、r mode and drive control for research. According to the structure and display characteristics of OLED, research the drive principle and the drive way. Compare the Passive Drive and the Active Drive, Finally I choose to use a model for SSD1306 driver chip to drive a 128 x 64 passive OLED screen. Use

6、8051 MCU as the control system. So the whole design consists of two parts, drive circuit and control circuit. After the design of the circuit, Write instance initialization and display program, and finish the MCU programming. It will light OLED and display according the program.KEY WORDS: Organic Li

7、ght-Emitting Diode, OLED, 8051MCU 目 錄1 課題背景11.1 顯示技術(shù)發(fā)展11.2 OLED的發(fā)展11.3 OLED介紹11.3.1 OLED結(jié)構(gòu)11.3.2 OLED顯示原理21.3.3 OLED發(fā)光過(guò)程21.3.4 OLED的應(yīng)用31.4 OLED的特點(diǎn)31.4.1 OLED的優(yōu)缺點(diǎn)31.4.2 OLED與TFT-LCD的比較41.5 本課題的研究目的和意義51.6 本課題研究?jī)?nèi)容52 OLED驅(qū)動(dòng)方式及芯片介紹52.1 OLED屏幕的驅(qū)動(dòng)方式52.1.1 PMOLED52.1.2 AMOLED62.2 驅(qū)動(dòng)芯片SSD130662.2.1 SSD1306特

8、點(diǎn)62.2.2 SSD1306的引腳及驅(qū)動(dòng)方式82.3 8051單片機(jī)92.3.1 8051單片機(jī)特點(diǎn)93 OLED模塊驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)113.1 OLED模塊電路設(shè)計(jì)綜述113.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)113.2.1 驅(qū)動(dòng)IC與OLED接口電路設(shè)計(jì)113.2.3 COG封裝圖153.3 控制電路設(shè)計(jì)163.3.1 單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)IC接口電路設(shè)計(jì)163.3.2 控制電路原理圖183.3.3 用Protel SE 99畫出控制電路PCB圖193.4 驅(qū)動(dòng)程序203.4.1 初始化程序203.4.2 顯示實(shí)例程序213.5 實(shí)物顯示效果233.6 元器件清單234 總結(jié)23致謝25參考文獻(xiàn)261 課題背景1

9、.1 顯示技術(shù)發(fā)展顯示器是各種視頻信號(hào)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息的終端顯示器件，平板化、大型化和高清晰度顯示是今后顯示器的發(fā)展方向，其種類將呈多元化，并隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷出現(xiàn)各種各具特色的新型顯示器件10。各種不同類型的顯示器件都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，都有它的服務(wù)領(lǐng)域和用戶。哪一種顯示器件都不可能壟斷市場(chǎng)，一花獨(dú)秀。所有顯示器件都在發(fā)展中不斷揚(yáng)長(zhǎng)避短，克服其缺點(diǎn)和不足，不斷完善自己，力圖在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取較大的市場(chǎng)份額，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不斷優(yōu)化，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)也在不斷轉(zhuǎn)化。1.2 OLED的發(fā)展Bernanos A等人于上世紀(jì)五十年代開始的有機(jī)電致發(fā)光研究，到1987年Tang C W（美籍華裔教授鄧青云）

10、等人采用超薄膜技術(shù)及空穴傳輸效果更好的TPD作傳輸層，使得有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)獲得了歷史性突破。從此OLED技術(shù)得到了迅速的發(fā)展12。1997年，美國(guó)普林斯頓大雪及南加州大學(xué)的科學(xué)家們與美國(guó)通用顯示公司universal display corporation合作，研制出世界上第一臺(tái)OLED顯示器的樣本13。2001年，SONY公司率先研究出13英寸AMOLED全彩色顯示屏樣品，具有高亮度和搞分辨率的特點(diǎn)14。2005年韓國(guó)SUMSING推出了一款40英寸的OLED屏幕，可支持1280800的超高分辨率，同時(shí)具有600流明的亮度，對(duì)比度達(dá)到5000：1，且厚度只有3CM。2005年以后，OLED走

11、向成熟化。國(guó)際上OLED研發(fā)的單位較多，但核心技術(shù)主要掌握在歐美手中，尤其是高分子/聚合物OLED和柔性O(shè)LED方面的核心技術(shù)。在OLED產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，三星和LG走在前列。全球OLED生產(chǎn)線達(dá)到24條以上，其中日本6條，韓國(guó)5條，中國(guó)大陸2條，臺(tái)灣地區(qū)11條15。我國(guó)到目前為止，已經(jīng)有30多家高校和研究所在從事OLED的研發(fā)工作。從2000年起，國(guó)內(nèi)已有北京、上海、長(zhǎng)春、深圳、東莞等地的多家公司開始介入OLED產(chǎn)業(yè)，主要有維信諾、四川虹視、信利、廣東中顯、吉林環(huán)宇、彩虹平板顯示公司等16。1.3 OLED介紹1.3.1 OLED結(jié)構(gòu) 有機(jī)發(fā)光二極管又稱為有機(jī)電激光顯示（Organic Lig

12、ht-Emitting Diode，OLED），由美籍華裔教授鄧青云在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)，由此展開了對(duì)OLED的研究17。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠節(jié)省電能18-20。OLED的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物(ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層(EL)與電子傳輸層(ETL)。具體部分如下：1）基層-基層用來(lái)支撐整個(gè)OLED.2）陽(yáng)極-陽(yáng)極在電流流過(guò)設(shè)備時(shí)消除電子。3）有機(jī)層-有機(jī)層

13、由有機(jī)物分子或有機(jī)聚合物構(gòu)成。4）導(dǎo)電層-該層由有機(jī)塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽(yáng)極而來(lái)的“空穴”。可采用聚苯胺作為OLED的導(dǎo)電聚合物。5）發(fā)射層-該層由有機(jī)塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸從陰極而來(lái)的電子;發(fā)光過(guò)程在這一層進(jìn)行?？刹捎镁圮套鳛榘l(fā)射層聚合物。6）陰極-當(dāng)設(shè)備內(nèi)有電流流通時(shí)，陰極會(huì)將電子注入電路。1.3.2 OLED顯示原理當(dāng)元件受到直流電所衍生的順向偏壓時(shí)，外加之電壓能量將驅(qū)動(dòng)電子與空穴分別由陰極與陽(yáng)極注入元件，當(dāng)兩者在傳導(dǎo)中相遇、結(jié)合，即形成所謂的電子-空穴復(fù)合。而當(dāng)化學(xué)分子受到外來(lái)能量激發(fā)後，若電子自旋和基態(tài)電子成對(duì)，則為單重態(tài)（Singlet），其所釋放的光為所謂的熒光反之，

14、若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對(duì)且平行，則稱為三重態(tài)其所釋放的光為所謂的磷光21。當(dāng)電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩(wěn)態(tài)低能階時(shí)，其能量將分別以光子（或熱能（Heat的方式放出，其中光子的部分可被利用當(dāng)做顯示功能，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)RGB三原色，構(gòu)成基本色彩。OLED的特性是自己發(fā)光，不像TFT LCD需要背光，因此可視度和亮度均高22-24。1.3.3 OLED發(fā)光過(guò)程OLED的發(fā)光過(guò)程通常由以下5個(gè)階段完成25-26。1）在外加電場(chǎng)的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極向夾在電極之間的有機(jī)功能薄膜注入。2）載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷

15、移。3）載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生激子。4）激子的遷移：激子在電場(chǎng)的作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5）電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過(guò)輻射躍遷，產(chǎn)生光子，釋放出能量。1.3.4 OLED的應(yīng)用OLED可以應(yīng)用在照明和顯示技術(shù)兩個(gè)方面。與其它照明光源相比，以平面發(fā)光為特點(diǎn)的OLED具有更容易實(shí)現(xiàn)白光、超薄光源和任意形狀光源的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有高效、環(huán)保、安全等優(yōu)勢(shì)27。因此，白光OLED作為一種新型的固態(tài)光源，在照明和平板顯示背光源等方面展示了良好的應(yīng)用前景。市場(chǎng)調(diào)研公司Nano Markets預(yù)測(cè)，使用OLED的照明市場(chǎng)的產(chǎn)值規(guī)模在2014年將擴(kuò)大至10億美元。目前，

16、高效率、長(zhǎng)壽命的白光器件的研究是OLED在照明領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。磷光材料由于具有高效特征，因此在白光照明領(lǐng)域被廣泛看好28。白光OLED的發(fā)展目標(biāo)，是成為真正的低成本、高效率、長(zhǎng)壽命的平板白光光源。在過(guò)去十多年的研究工作中，白光OLED在效率和壽命方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但距實(shí)用化和商品化還有一定的距離。白光OLED面臨的挑戰(zhàn)是提高器件在高電流工作狀態(tài)下的效率和壽命。新材料和新結(jié)構(gòu)的開發(fā)和使用有望解決這兩方面的困難。近年來(lái)，歐美各國(guó)在OLED照明領(lǐng)域投入相對(duì)大的資金。GE、UDC、Osram公司獲得了美國(guó)政府的項(xiàng)目支持，開發(fā)OLED照明技術(shù)。美國(guó)能源部在OLED照明光源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中指出：200

17、7年，用于照明的白光OLED效率將達(dá)到50 lm/W、壽命超過(guò)5000小時(shí)；2012年，其效率將達(dá)到150 lm/W、壽命超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)、制作成本也會(huì)大幅下降29。對(duì)于顯示領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段OLED屏幕已被應(yīng)用到電視機(jī)、監(jiān)視器、筆記本電腦、GPS導(dǎo)航、移動(dòng)電話、MP3等許多設(shè)備上。尤其在MP3 屏幕的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)儆谛箩绕鸬姆N類，被譽(yù)為“夢(mèng)幻顯示屏”。它無(wú)需背光燈，而是“主動(dòng)發(fā)光”。以BenQ Joybee180的OLED液晶屏為例，它摒棄了傳統(tǒng)LCD的缺點(diǎn)，每個(gè)像素都可自行發(fā)光，不管在什么角度什么光線下都可以比傳統(tǒng)LCD顯示更加清晰的畫面，而且環(huán)境越黑屏幕越亮，猶如夜間的瑩彩精靈。除了帶來(lái)全新的視覺(jué)

18、感受之外，OLED還有很多LCD面板無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。比如可以使MP3做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能30。1.4 OLED的特點(diǎn)1.4.1 OLED的優(yōu)缺點(diǎn)OLED有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 厚度可以小于1毫米，僅為L(zhǎng)CD屏幕的1/3，并且重量也更輕；2) 固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；3) 幾乎沒(méi)有可視角度的問(wèn)題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；4) 響應(yīng)時(shí)間是LCD的千分之一，顯示運(yùn)動(dòng)畫面絕對(duì)不會(huì)有拖影的現(xiàn)象；5) 低溫特性好，在零下40度時(shí)仍能正常顯示，而LCD則無(wú)法做到；6) 制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低；7) 發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；8) 能夠在不

19、同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器31。我們看到OLED相比目前主流的LCD有一些無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然目前的OLED還存在一些缺點(diǎn)需要技術(shù)上的解決，當(dāng)這些問(wèn)題解決后將會(huì)是OLED大面積走入市場(chǎng)主流的之：1) OLED壽命通常只有5000小時(shí)，要低于LCD至少1萬(wàn)小時(shí)的壽命；2) 不能實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品；3) 存在色彩純度不夠的問(wèn)題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。4) OLED的知識(shí)產(chǎn)權(quán)基本被美國(guó)壟達(dá)和日本的幾家公司壟斷，目前僅壟達(dá)即壟斷有近百項(xiàng)專利，并且目前還在以每年幾十項(xiàng)的速度增長(zhǎng)，而且它們目前也不愿輕易出賣授權(quán)，這對(duì)于一些開發(fā)，是一個(gè)較難跨

20、越的門檻32。1.4.2 OLED與TFT-LCD的比較表1-1 OLED與TFT-LCD的比較33參數(shù)OLEDTFT-LCD發(fā)光方式自發(fā)光需要背光源模組響應(yīng)時(shí)間幾個(gè)微秒40毫秒視角170度120度發(fā)光效率15lm/W48lm/W能耗可至1mw，比背光源LCD低使用背光源，能耗大厚度0.51.5mm含背光源有5mm操作溫度40C85C 050C抗震性能器件為全固態(tài)，勝任汽車、飛機(jī)等各種震動(dòng)工作環(huán)境。液晶材料抗震性能差環(huán)保性能材料滿足綠色環(huán)保要求使用含有水銀等有害物質(zhì)的背光源制造成本大規(guī)模量產(chǎn)后，制造成本要比LCD低40左右更復(fù)雜的工藝和更多材料使制造成本相對(duì)要高制造工藝結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比LCD簡(jiǎn)單需要背

21、光源等更多組件柔性設(shè)計(jì)可采用能彎曲的塑膠基板不能實(shí)現(xiàn)柔性顯示重量手機(jī)應(yīng)用中少于1g手機(jī)應(yīng)用大約9g彩色方式RGB三色有機(jī)發(fā)光材料或彩色濾光片等多種方式彩色濾光片顯示尺寸具有達(dá)到500英寸28英寸已經(jīng)商品化1.5 本課題的研究目的和意義雖然OLED有諸多的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)際上眾多公司都在研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)OLED產(chǎn)品，但OLED并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)像TFT-LCD如今的普及，說(shuō)明OLED在細(xì)節(jié)方面還有一些不足，這也說(shuō)明了OLED具有很大的發(fā)展空間。目前國(guó)際上對(duì)于OLED的研究和產(chǎn)品比較多，但這些專利和核心技術(shù)都被國(guó)外占有，這樣我國(guó)的OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展就相當(dāng)困難。因此，對(duì)于OLED驅(qū)動(dòng)電路的研究設(shè)計(jì)有非常重要的意義。1

22、.6 本課題研究?jī)?nèi)容本課題研究?jī)?nèi)容為無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED模組電路設(shè)計(jì) ，即設(shè)計(jì)12864像素的無(wú)源OLED驅(qū)動(dòng)電路，并且編寫驅(qū)動(dòng)程序，點(diǎn)亮OLED屏幕。具體需要從以下幾個(gè)方面開展工作：1) 查找并熟悉OLED屏幕資料；2) 選擇合適的驅(qū)動(dòng)IC并熟悉該IC的試用說(shuō)明書。本次設(shè)計(jì)使用的驅(qū)動(dòng)IC是SSD1306，因此需要熟悉SSD1306的資料。3) 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)IC（SSD1306）與OLED屏幕的接口電路、驅(qū)動(dòng)IC（SSD1306）與80C51單片機(jī)的接口電路，包括51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。4) 用Protues畫出接口電路的原理圖，用Protel畫出COF封裝的版圖，用Autocad畫出COG封裝的版圖

23、。5) 用Keil軟件編寫程序，可參考驅(qū)動(dòng)IC（SSD1306）資料中的初始化、顯示程序。6) 利用燒錄軟件將程序?qū)雴纹瑱C(jī)，連接單片機(jī)與屏幕的電路并按照程序設(shè)定點(diǎn)亮OLED屏幕。2 OLED驅(qū)動(dòng)方式及芯片介紹2.1 OLED屏幕的驅(qū)動(dòng)方式2.1.1 PMOLED按驅(qū)動(dòng)方式的不同，可將OLED分為被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)（PMOLED/無(wú)源驅(qū)動(dòng)）和主動(dòng)式驅(qū)動(dòng)(AMOLED/有源驅(qū)動(dòng))。PMOLED單純地以陰極、陽(yáng)極構(gòu)成矩陣狀，以掃描方式點(diǎn)亮陣列中的像素，每個(gè)像素都是操作在短脈沖模式下，為瞬間高亮度發(fā)光。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效降低成本，然而驅(qū)動(dòng)電壓高，使PMOLED不適合應(yīng)用在大尺寸與高分辨率面板上，與現(xiàn)在

24、的發(fā)展有所出入34-35。圖2-1 無(wú)源OLED像素等效結(jié)構(gòu)2.1.2 AMOLED有源驅(qū)動(dòng)的每個(gè)像素配備具有開關(guān)功能的低溫多晶硅薄膜晶體管而且每個(gè)像素配備一個(gè)電荷存儲(chǔ)電容，外圍驅(qū)動(dòng)電路和顯示陣列整個(gè)系統(tǒng)集成在同一玻璃基板上。與LCD相同的TFT結(jié)構(gòu)，無(wú)法用于OLED。這是因?yàn)長(zhǎng)CD采用電壓驅(qū)動(dòng)，而OLED卻依賴電流驅(qū)動(dòng)，其亮度與電流量成正比，因此除了進(jìn)行ON/OFF切換動(dòng)作的選址TFT之外，還需要能讓足夠電流通過(guò)的導(dǎo)通阻抗較低的小型驅(qū)動(dòng)TFT。優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓低，發(fā)光組件壽命長(zhǎng)。不過(guò)高成本及制作工藝更為復(fù)雜，在成本上更難以控制。圖2-2 有源OLED像素等效結(jié)構(gòu)2.2 驅(qū)動(dòng)芯片SSD13062

25、.2.1 SSD1306特點(diǎn)SSD1306是一個(gè)控制OLED或PLED顯示系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器，它有128個(gè)SEG接口和64個(gè)COM接口。該IC是為共陰OLED面板所設(shè)計(jì)。SSD1306嵌入了對(duì)比控制、顯示RAM和減少外部組件以及電力消耗的振蕩器，它有256階亮度控制。D/C可以用普通單片機(jī)通過(guò)硬件選擇6800/8000系列并行接口，也可選擇IIC接口或串行外圍接口。該驅(qū)動(dòng)器適用于許多緊湊型的便攜式應(yīng)用程序，如手機(jī)、MP3播放器、計(jì)算器等。主要功能如下：1) 分辨率：12864點(diǎn)陣面板2) VDD=1.65V-3.3V3) VCC=7V-15V4) OLED 驅(qū)動(dòng)輸出電壓最大15V5) SEG端最大拉

26、電流：100uA6) COM端最大灌電流：15mA7) 256階對(duì)比亮度電流控制8) 嵌入式的 128 64 位 SRAM 顯示緩沖區(qū)9) 在水平和垂直方向的連續(xù)滾動(dòng)屏幕保護(hù)功能10) RAM 寫同步信號(hào)11) 可編程的幀速率和多路復(fù)用比率12) 可布局為COF或COG13) 廣泛的工作溫度：-40至85SSD1306芯片內(nèi)部模塊如下：圖2-3 SSD1306內(nèi)部模塊2.2.2 SSD1306的引腳及驅(qū)動(dòng)方式SSD1306共有281個(gè)引腳，除去128個(gè)SEG引腳、64個(gè)COM引腳和若干預(yù)留引腳，剩下的功能引腳簡(jiǎn)單介紹如下：表2-1 SSD1306引腳引腳名稱描述VDD為核心邏輯操作供電VCC為

27、面板驅(qū)動(dòng)供電VSS接地VLSS一個(gè)模擬接地，應(yīng)該被連接到外部VSSVCOMH消除COM信號(hào)電壓水平VBAT預(yù)留引腳，接VDDBS2:0為MCU提供總線接口選擇。詳見表2-2。IREFSEG輸出電流參考引腳。詳見圖3-8。RES#復(fù)位信號(hào)輸入。低電平有效。CS#片選引腳D/C#D/C控制引腳。當(dāng)為高電平時(shí)，D7：0口的數(shù)據(jù)被視為數(shù)據(jù)；當(dāng)為低電平時(shí)，D7：0的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)寄存器。E (RD#)當(dāng)連接6800MCU時(shí)，此引腳作為啟用信號(hào)。為高電平時(shí)芯片被選中并且發(fā)起W/R操作。當(dāng)連接到8080MCU時(shí)，接收讀取信號(hào)。此引腳拉低且芯片選擇時(shí)啟動(dòng)讀取操作。當(dāng)選擇了串行接口時(shí)，該引腳必須連接到 vss

28、。R/W#(WR#)這是讀/寫控制輸入的引腳連接到單片機(jī)接口。D7:0這些都是 8 位雙向數(shù)據(jù)總線連接到MCU的數(shù)據(jù)總線。詳見表2-3.SSD1306的接口模式有5種，分別為8080模式、6800模式、IIC模式以及3線SPI和4線SPI模式。可通過(guò)BS2:0三個(gè)引腳進(jìn)行總線接口選擇。本次設(shè)計(jì)選用的總線接口模式為4線SPI，即將BS2:0串聯(lián)1K阻值的電阻再接到VSS。具體選擇方式如下：表2-2 SSD1306總線接口模式Pin Name80806800IIC3線SPI4線SPIBS000010BS110100BS211000注：0即連接到VSS；1即連接到VDD。SSD1306的數(shù)據(jù)接口D7

29、:0在不同的總線接口模式下也有不同的接法。對(duì)于4線SPI接口模式，需要將D0引腳作為時(shí)鐘信號(hào)輸入，D1作為數(shù)據(jù)輸入，D2不連，D7:3接地，引腳E和R/W#接地，其他不變。具體方式如下：表2-3 不同總線模式下的MCU接口總線接口D/C接口控制信號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0ER/W#CS#D/C#RES#8080D7:0RD#WR#CS#D/C#RES#6800D7:0ER/W#CS#D/C#RES#3線SPI接地不連SDINSDLK接地CS#接地RES#4線SPI接地不連SDINSDLK接地CS#D/C#RES#IIC接地SDAOUTSDAINSCL接地D/C#RES#2.3 8051

30、單片機(jī)2.3.1 8051單片機(jī)特點(diǎn)8051是一種8位元的單芯片微控制器，集成CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片上。因其簡(jiǎn)單實(shí)用，且應(yīng)用范圍廣，所以8051單片機(jī)有很好的市場(chǎng)和研究人群。其主要特性有：1) 一個(gè)8位的微處理器（CPU）。2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM（128B/256B），用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供1K 的RAM。3) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目

31、前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將RAM 和ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。4) 四個(gè)8 位并行I/O 接口P0P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5) 兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會(huì)提供3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6) 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。7) 一個(gè)全雙工UART（通用異步接

32、收發(fā)送器）的串行I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度36。2.3.2 8051單片機(jī)引腳51系列單片機(jī)共有40個(gè)引腳，主要引腳功能如下：表2-4 單片機(jī)主要引腳功能引腳功能VSS接地VCC電源RST/VPD復(fù)位/備用電源線。詳見圖XTAL1晶體1 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入P17:0P1口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口。向P1 口寫入1時(shí)P1 口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)

33、被外部拉低的P1 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。ALE地址鎖存使能PSEN程序存儲(chǔ)使能EA/Vpp外部尋址使能/編程XTAL2晶體2 反相振蕩放大器輸出PLCC封裝的8051引腳如下圖：圖2-4PLCC-8051引腳圖3 OLED模塊驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)3.1 OLED模塊電路設(shè)計(jì)綜述本次設(shè)計(jì)的大體框架是用驅(qū)動(dòng)IC SSD1306來(lái)驅(qū)動(dòng)一塊12864的無(wú)源OLED屏幕以構(gòu)成模塊電路，用8051單片機(jī)作為控制器來(lái)控制整個(gè)模塊。整體示意圖如下：圖3-1 整體設(shè)計(jì)示意圖3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.2.1 驅(qū)動(dòng)IC與OLED接口電路設(shè)計(jì)1) SEG和COM驅(qū)動(dòng)圖3-2 SSD1306與OLED接口示意圖SSD1

34、306有128個(gè)SEG接口和64個(gè)COM接口，那么只需一個(gè)芯片就可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)12864 OLED屏幕。在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，將SEG和COM接口分別連接到屏的SEG和COM端。如上圖所示：SEG和COM端具體驅(qū)動(dòng)步驟如下：（1）第一階段，先前已充電的OLED像素放電為下一步的圖像內(nèi)容顯示做準(zhǔn)備（2）第二階段，OLED像素達(dá)到目標(biāo)電壓，像素驅(qū)動(dòng)由VSS來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電壓水平。（3）第三階段，OLED 驅(qū)動(dòng)程序切換為使用電流源驅(qū)動(dòng)的 OLED 的像素，這就是當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器的階段。（4）當(dāng)完成第三階段后，驅(qū)動(dòng)IC又回到第一階段顯示下一個(gè)行圖像數(shù)據(jù)。這三個(gè)階段循環(huán)周期運(yùn)行，于OLED面板上刷新圖像。圖3-3 部

35、分輸出波形中的三個(gè)階段2) 圖形顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(GDDRAM)GDDRAM 是位映射靜態(tài)RAM持有的位模式來(lái)顯示。RAM 的大小是12864位和RAM分為八頁(yè)， 0頁(yè)到第7頁(yè)，用于單色12864點(diǎn)陣顯示。頁(yè)面結(jié)構(gòu)如下：圖3-4 SSD1306中GDDRAM頁(yè)面結(jié)構(gòu)當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)位被寫進(jìn)GDDRAM中，相同頁(yè)的當(dāng)前列所有行圖像數(shù)據(jù)被填充(即整列被列地址指向指針充滿)。D0數(shù)據(jù)位被寫入首行，而數(shù)據(jù)D7被寫入末行。如下圖所示：圖3-5 沒(méi)有行映射和列映射GDDRAM的擴(kuò)大3) 4線SPI接口模式及時(shí)序圖4線串行接口包含的串行時(shí)鐘：SCLK 串行數(shù)據(jù)：SDIN、D/C#、C#。在4線SPI 模式下，D0

36、充當(dāng) SCLK，D1 充當(dāng) SDIN。為未使用的數(shù)據(jù)引腳，D2應(yīng)該保持打開狀態(tài)。對(duì)D3的針腳D7、E和R/W#(WR#)# 可以連接到外部地。當(dāng)SSD1306工作在此模式下時(shí)，各引腳對(duì)應(yīng)功能如下：表3-1 4線SPI各引腳功能功能ER/W#CS#D/C#寫指令拉低電平拉低電平低信號(hào)低信號(hào)寫數(shù)據(jù)拉低電平拉低電平低信號(hào)高信號(hào)SDIN按照D7-D0的順序在SCLK的上升沿被放入一個(gè)8位寄存器上，在寄存器中，每8個(gè)時(shí)鐘對(duì)D/C#數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并將數(shù)據(jù)寫入圖形顯示數(shù)據(jù)RAM（GDDRAM）或者命令寄存器中。在次模式下，只允許讀寫操作。對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖如下：圖3-6 4線SPI時(shí)序圖4) 4線SPI總線接口電路

37、SSD1306中有三個(gè)引腳為MCU提供總線接口模式選擇，即BS2:0?？蓞⒖急?-2。在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，將BS1和BS0接口接1K的電阻再接地，BS2直接接地。5) SSD1306復(fù)位電路當(dāng)RES#處于低電平時(shí)，該芯片用以下狀態(tài)初始化：（1）顯示關(guān)閉（2）12864顯示模式（3）SEG0 映射到地址 00h 和 COM0 映射到地址 00h（4）串行接口的寄存器數(shù)據(jù)清除（5）顯示豈止地址在顯示RAM的0（6）列地址計(jì)數(shù)器設(shè)置為0（7）COM輸出為正常掃描方向（8）對(duì)比度控制寄存器設(shè)置為 7Fh（9）正常的顯示模式（相當(dāng)于A4h命令）6) SSD1306電源電路SSD1306需要3.3V電源，因

38、此選擇一個(gè)662K 3.3V穩(wěn)壓管，與SSD1306的要求供電電壓一致，這樣就可以直接用5V電壓源供電。如圖所示：圖3-7 SSD1306穩(wěn)壓輸入電路7) 電流控制亮度對(duì)比度電路IREF引腳可以調(diào)整SEG端輸出電流，進(jìn)而調(diào)整OLED屏幕的亮度。根據(jù)SSD1306資料中IREF12.5uA，VCC=12V，參考下圖可算出限流電阻的值為910K。圖3-8 電阻限流電路8) 內(nèi)部升壓電路SSD1306內(nèi)部集成升壓電路，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)，對(duì)C1P、C1N、C2P和C2N四個(gè)引腳選用2個(gè)1uF的電容。具體接法如下：圖3-9 內(nèi)部升壓電路接法3.2.2 驅(qū)動(dòng)電路原理圖利用Protues軟件畫出SSD130

39、6和OLED的元件庫(kù)封裝，再畫好原理圖如下：圖3-10 驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.2.3 COG封裝圖利用AutoCad軟件畫出驅(qū)動(dòng)電路的COG封裝圖如下：圖3-11 驅(qū)動(dòng)電路COG封裝圖3.3 控制電路設(shè)計(jì)3.3.1 單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)IC接口電路設(shè)計(jì)1) 復(fù)位電路設(shè)計(jì)RST/VPD的復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。該設(shè)計(jì)不需要開關(guān)，當(dāng)通上電時(shí)即復(fù)位開始顯示，故選擇上電復(fù)位。兩種復(fù)位電路圖如下所示：圖3-12 單片機(jī)上電復(fù)位電路圖3-13 單片機(jī)開關(guān)復(fù)位電路2) 振蕩電路設(shè)計(jì)8051單片機(jī)的XTAL1和XTAL2作為片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接8051片內(nèi)OSC

40、的定時(shí)反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使單片機(jī)片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相通頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時(shí)鐘頻率fOSC為0.5-16MHz，典型值為12MHz或11.0592MHz。電容C8和C9可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。51單片機(jī)所需的時(shí)鐘也可以由外部振蕩器提供，本次設(shè)計(jì)選用下圖所示外部振蕩器。圖3-14 單片機(jī)外部時(shí)鐘電路3) P1口的設(shè)計(jì)8051單片機(jī)的P1口共有8個(gè)引腳。其中P1.7為最高位，P1.0為最低位。這8條引腳共有兩種不同的功能，分別適用于兩種不同的情況。第一種情況是8051不帶片外存

41、儲(chǔ)器，P1口可作為通用I/O口使用，P1.7-P1.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)。這是，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器；輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。第二種，即它在8751編程/校驗(yàn)時(shí)用于輸入片內(nèi)EPROM的低8位地址。本次設(shè)計(jì)選用4線SPI接口模式，接法如下：表3-2 單片機(jī)與SSD1306接法引腳接法VCC5V電源GND接地D0P1.0(SCL)D1P1.1(SDA)D2P1.2D3P1.3D4P1.43.3.2 控制電路原理圖用Protues軟件畫出控制電路原理圖如下：圖3-15 控制電路原理圖3.3.3 用Protel SE 99畫出控制電路PCB圖圖3-

42、16 控制電路Top層PCB圖上圖左邊部分為30引腳的金手指，用來(lái)連接控制電路和驅(qū)動(dòng)電路部分?？刂齐娐凡糠譃門AB封裝。圖3-17 控制電路Bottom層PCB圖3.4 驅(qū)動(dòng)程序3.4.1 初始化程序初始化程序如下： void OLED_Init(void) OLED_RST_Set();delay_ms(100);OLED_RST_Clr();delay_ms(100);OLED_RST_Set(); OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD);/-turn off oled panelOLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);/-set low column ad

43、dressOLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);/-set high column addressOLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);/-set start line address Set Mapping RAM Display Start Line (0x000x3F)OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD);/-set contrast control registerOLED_WR_Byte(0xCF,OLED_CMD); / Set SEG Output Current BrightnessOLED_WR_Byte(0xA1,OLE

44、D_CMD);/-Set SEG/Column Mapping 0xa0左右反置 0xa1正常OLED_WR_Byte(0xC8,OLED_CMD);/Set COM/Row Scan Direction 0xc0上下反置 0xc8正常OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);/-set normal displayOLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD);/-set multiplex ratio(1 to 64)OLED_WR_Byte(0x3f,OLED_CMD);/-1/64 dutyOLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD);/-set dis

45、play offsetShift Mapping RAM Counter (0x000x3F)OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);/-not offsetOLED_WR_Byte(0xd5,OLED_CMD);/-set display clock divide ratio/oscillator frequencyOLED_WR_Byte(0x80,OLED_CMD);/-set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/SecOLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD);/-set pre-charge periodOLED_W

46、R_Byte(0xF1,OLED_CMD);/Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 ClockOLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD);/-set com pins hardware configurationOLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD);OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD);/-set vcomhOLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD);/Set VCOM Deselect LevelOLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD);/-Set Page Addr

47、essing Mode (0x00/0x01/0x02)OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD);/OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD);/-set Charge Pump enable/disableOLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD);/-set(0x10) disableOLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD);/ Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD);/ Disable Inverse Display On (0xa6/a7) OL

48、ED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD);/-turn on oled panelOLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); /*display ON*/ OLED_Clear();OLED_Set_Pos(0,0); 3.4.2 顯示實(shí)例程序程序如下：/顯示一個(gè)字符號(hào)串void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,u8 *chr)unsigned char j=0;while (chrj!=0)OLED_ShowChar(x,y,chrj);x+=8;if(x120)x=0;y+=2;j+;/顯示漢字void OLED_ShowCHinese(u8 x

49、,u8 y,u8 no) u8 t,adder=0;OLED_Set_Pos(x,y); for(t=0;t16;t+)OLED_WR_Byte(Hzk2*not,OLED_DATA);adder+=1; OLED_Set_Pos(x,y+1); for(t=0;t16;t+)OLED_WR_Byte(Hzk2*no+1t,OLED_DATA);adder+=1; void OLED_DrawBMP(unsigned char x0, unsigned char y0,unsigned char x1, unsigned char y1,unsigned char BMP) unsigned

50、int j=0; unsigned char x,y; if(y1%8=0) y=y1/8; else y=y1/8+1;for(y=y0;yy1;y+)OLED_Set_Pos(x0,y); for(x=x0;xx1;x+) OLED_WR_Byte(BMPj+,OLED_DATA); 3.5 實(shí)物顯示效果3.6 元器件清單表3-2 元器件清單元器件型號(hào)封裝8051*PLCC44R11K1206R21K1206C11uF0402C21uF0402C51uF0402C61uF0402C71uF0402C34.7uF0603C42.2uF0603R410K1206C822pF0603C922pF

51、0603C1010uF0603Y122.1184MHzXTAL1R3910K1206U1662KTO-394 總結(jié)本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為無(wú)源驅(qū)動(dòng)OLED模組電路設(shè)計(jì)。OLED顯示技術(shù)經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展，現(xiàn)在已步入成熟期，因?yàn)槠渲T多的優(yōu)點(diǎn)和良好的性能，使得OLED在未來(lái)的顯示技術(shù)中將占有主導(dǎo)地位。對(duì)于無(wú)源OLED的模組驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，我選擇了比較常用的SSD1306驅(qū)動(dòng)芯片，只需一片即可驅(qū)動(dòng)一塊12864的OLED屏幕。并且選用STC80C52作為控制芯片，因?yàn)閷W(xué)過(guò)單片機(jī)原理及其接口技術(shù)這門課程，所以對(duì)該芯片比較熟悉，這也對(duì)我此次的設(shè)計(jì)起了很大的幫助作用。通過(guò)參考SSD1306芯片和OLED屏幕的資料，

52、認(rèn)識(shí)并了解兩者的作用，熟悉OLED的驅(qū)動(dòng)原理以及SSD1306芯片的驅(qū)動(dòng)方式。通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)SSD1306有五種接口電路模式，我選擇了接線比較簡(jiǎn)單的4線SPI模式，并利用芯片自帶的內(nèi)部升壓功能，完成了驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)。在80C52單片機(jī)和SSD1306芯片的控制電路設(shè)計(jì)中，我選擇了單片機(jī)的P1口作為數(shù)據(jù)交換，最小系統(tǒng)包括上電復(fù)位和外部晶振系統(tǒng)。這一部分的電路設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。最后用Protel畫出相應(yīng)的原理圖以及PCB圖。Autocad畫出驅(qū)動(dòng)電路部分的COG封裝圖。針對(duì)于SSD1306的驅(qū)動(dòng)原理以及驅(qū)動(dòng)方式，并結(jié)合其初始化程序，編寫本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序。做出實(shí)物電路板并燒入程序，顯示相應(yīng)的

53、圖片或文字以驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)的正確性和合理性。至此，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)已完成。在此感謝我的指導(dǎo)老師，是您的細(xì)心指導(dǎo)和負(fù)責(zé)，我才能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從老師的身上我不僅學(xué)到了專業(yè)的知識(shí)和處理問(wèn)題的方法，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對(duì)學(xué)生孜孜不倦的教誨和無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我受用終生。在此我要向我的指導(dǎo)老師致以最深深的敬意和最衷心的感謝。參 考 文 獻(xiàn)1Liao L S, Klubek K P, Tang C W. High-efficiency tandem organic light-emitting diodesJ. Applied physics letters, 2004, 84(2): 167-169.2Da

54、wson R M A, Shen Z, Furst D A, et al. The impact of the transient response of organic light emitting diodes on the design of active matrix OLED displaysC/Electron Devices Meeting, 1998. IEDM98. Technical Digest., International. IEEE, 1998: 875-878.3Shi J, Tang C W. Anthracene derivatives for stable blue-emitting organic electroluminescence devices J. Applied physics letters, 2002, 80(17): 3201-3203.4鍾孟翰. OLED