esp32系列(9)：完成一个OLED的驱动

开始写一个OLED驱动，第一步，学ESP32 的 I2C 外设。实现0.96英寸的OLED显示不同的表情。 基本设计：将 128*64 像素的 0.96 英寸 OLED 分成可以独立刷新的 8 行区域，分别表示 额头（占2行）、眼镜（占2行）、鼻子（占1行）、嘴巴（占2行）、下巴（占1行）

显示效果：

1 ESP32 的 I2C 资源

I2C (Inter-Integrated Circuit) 总线用于使 ESP32 和多个外部设备进行通信。多个外部设备可以共用一个 I2C 总线。

• I2C 为两线总线，SDA和SCL线。
• 漏极开漏输出，所以可以挂载多个外设。
• 通常1个主机多个从机。

ESP32 有 2 个 I²C 总线接口，根据用户的配置，总线接口可以用作 I²C 主机或从机模式。 I²C 接口支持：

• 标准模式 (100 Kbit/s)
• 高速模式 (400 Kbit/s)
• 速度最高可达 5 MHz，但受制于 SDA 上拉强度
• 7-bit/10-bit 寻址模式
• 双寻址模式 用户可以配置指令寄存器来控制 I²C 接口，从而实现更多灵活的应用。

1.1 ESP32 的 I2C 架构

1.2 I2C API 使用指南

I2C 驱动程序配置和工作的基本步骤：

• 1 配置驱动程序 - 设置初始化参数（如主机模式或从机模式，SDA 和 SCL 使用的 GPIO 管脚，时钟速度等）
• 2 安装驱动程序- 激活一个 I2C 控制器的驱动，该控制器可为主机也可为从机
• 3 根据是为主机还是从机配置驱动程序，选择合适的项目
  • 主机模式下通信 - 发起通信（主机模式）
  • 从机模式下通信 - 响应主机消息（从机模式）
• 4 中断处理 - 配置 I2C 中断服务
• 5 用户自定义配置 - 调整默认的 I2C 通信参数（如时序、位序等）
• 6 错误处理 - 如何识别和处理驱动程序配置和通信错误
• 7 删除驱动程序- 在通信结束时释放 I2C 驱动程序所使用的资源

1.3 I2C时序

时序图：

2 OLED驱动

具体的显示原理见之前写过的FPGA驱动0.96OLED显示原理及FPGA驱动程序

FPGA驱动为了设计简单，每个指令或者数据都已一次完整的I2C数据传输来实现的（即包含起始位、器件地址、控制码、数据和终止位）。

ESP32使用c语言开发，传输的时候可以优化一下，将一个功能的数据放在一次传输中完成，这样可以节省带宽。

OLED 的 I2C 时钟周期最小值为2.5us，即最大支持400KHz的数据率。

2.1 OLED驱动使用

主要功能：实现OLED刷新不同的表情。

1 需要在“oled_driver.h”中的宏定义中设置相关参数：

#define OLED_I2C_SDA_IO 22          //I2C SDA GPIO Number   
#define OLED_I2C_SCL_IO 23          //I2C SCL GPIO Number    
#define OLED_I2C_POER_NUM 1         //OLED 使用的 I2C 驱动号
#define OLED_I2C_FREQ 400000        //OLED 对应 I2C 时钟  
#define OLED_ADDR 0x3c              //OLED I2C 器件地址    

2 在函数中调用 oled_init() 进行OLED的初始化。

3 调用其他 api 实现相关功能。

2.1 主要api 2.1.1 esp_err_t oled_init();

• 功能： 初始化OLED。
• 实现原理： 根据乐鑫的I2C驱动使用指南，对控制OLED的I2C外设进行初始化，配置为master模式、SDA和SCL线都上拉、I2C频率为400KHz。
• 注意： 需要在“oled_driver.h” 宏定义中设置相关参数
• 返回：
  • 1: i2c参数配置 i2c_param_config() 失败。
  • 2: i2c驱动安装 i2c_driver_install() 失败。
  • 3: oled 初始化配置 i2c_master_write_slave() 失败。
  • 0/ESP_OK: oled初始化成功
• 参数： 无

2.1.2 esp_err_t oled_set_start_address(uint8_t page_addr, uint16_t ram_addr);

• 功能： 设置显存刷新的起始地址，包括页地址和ram地址。
• 实现原理： 将设置需要刷新显存的起始地址的控制字发送给OLED。
• 注意： 无
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • page_addr：页地址
  • ram_addr：此页内的ram地址

2.1.3 esp_err_t oled_page_refresh(uint8_t page_addr, uint8_t *buf);

• 功能： 刷新一个page的显存
• 实现原理： 设置好需要更新的page的起始地址后，将图像数据发送给oled。
• 注意： 无
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • page_addr：页地址
  • buf, 图像数据

2.1.4 esp_err_t oled_gddram_refresh(uint8_t *buf);

• 功能： 刷新整个显存 Graphic Display Data RAM (GDDRAM)
• 实现原理： 刷新所有page。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • buf, 图像数据

2.1.5 esp_err_t oled_forehead_refresh(forehead_t forehead_expr, uint8_t frame_cnt);

• 功能： 刷新额头范围（第1，2行）显存
• 实现原理： 刷新 page0 和 page1。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • forehead_expr：额头的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

2.1.6 esp_err_t oled_eyes_refresh(eyes_t eyes_expr, uint8_t frame_cnt);

• 功能： 刷新眼睛范围（第3，4行）显存
• 实现原理： 刷新 page2 和 page3。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • eyes_expr：眼睛的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

2.1.7 esp_err_t oled_nose_refresh(nose_t nose_expr, uint8_t frame_cnt);

• 功能： 刷新鼻子范围（第5行）显存
• 实现原理： 刷新 page4。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • nose_expr：鼻子的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

2.1.8 esp_err_t oled_mouth_refresh(mouth_t mouth_expr, uint8_t frame_cnt);

• 功能： 刷新嘴巴范围（第6、7行）显存
• 实现原理： 刷新 page5 和 page6。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • mouth_expr：嘴巴的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

2.1.9 esp_err_t oled_chin_refresh(chin_t chin_expr, uint8_t frame_cnt);

• 功能： 刷新下巴范围（第8行）显存
• 实现原理： 刷新 page7。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • mouth_expr：下巴的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

2.1.10 esp_err_t oled_refresh_expression(expression_t expression);

• 功能： 刷新整个表情
• 实现原理： 逐个刷新各部位。
• 返回：
  • 0/ESP_OK: 成功
  • 其他：失败
• 参数：
  • mouth_expr：下巴的表情索引
  • frame_cnt：刷新当前表情的帧索引

4 代码

https://github.com/luming-xyz/ESP32_IDF-oled_driver

或者有积分的可以支持一下 😃

https://download.csdn.net/download/lum250/84540080