基于 Zynq 的 OLED 驱动设计 OLED 具备自发光不需背光源对比度高厚度薄视角广反应速度快可用于挠曲性面板使用温度范围广构造及制程较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术目前 OLED 的驱动大部分都是基于 STM 系列 ARM 芯片和传统 FPGA 芯

Size: px

Start display at page:

Download "基于 Zynq 的 OLED 驱动设计 OLED 具备自发光不需背光源对比度高厚度薄视角广反应速度快可用于挠曲性面板使用温度范围广构造及制程较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术目前 OLED 的驱动大部分都是基于 STM 系列 ARM 芯片和传统 FPGA 芯"

产骆
5 years ago
Views:

1 基于 Zynq 的 OLED 驱动设计 OLED 具备自发光不需背光源对比度高厚度薄视角广反应速度快可用于挠曲性面板使用温度范围广构造及制程较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术目前 OLED 的驱动大部分都是基于 STM 系列 ARM 芯片和传统 FPGA 芯片为适应 Xilinx 最新平台 Zynq 的人机交互需要, 提出一种基于 Zynq 的 OLED 驱动设计方法文章阐述了 OLED 的特性和 SPI 控制方式, 给出了设计流程和硬件电路图利用 Zynq 的 PL 部分完成了 OLED 驱动的 IP 核, 利用 Zynq 的 PS 部分实现了 OLED 的驱动程序设计通过 AXI 总线实现 PL 和 PS 的通信最后通过测试程序, 实现了字母数字和点阵图像的实时显示解决了基于 Zynq 器件在广电仪器和电力仪表仪器中人机交互的工程技术, 具有集成度高可移植性强和通用性好等优点 1 引言随着近几年嵌入式技术的飞速发展和广泛应用, 人机交互成为嵌入式设备的迫切需要为适应 Xilinx 最新平台 Zynq 的人机交互需要, 提出一种基于 Zynq 的 OLED 驱动设计方法有机发光二极管 (OrganicLight-EmittingDiode,OLED) 由于同时具备自发光不需背光源对比度高厚度薄视角广反应速度快可用于挠曲性面板使用温度范围广构造及制程较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术 Xilinx 最新平台 Zynq 将处理器的软件可编程能力与 FPGA 的硬件可编程能力实现完美结合, 以低功耗和低成本等系统优势实现良好的系统性能灵活性和可扩展性目前 OLED 的驱动大部分都是基于 STM 系列 ARM 芯片和传统 FPGA 芯片在 Zynq 上, Xilinx 提供了 Linux 演示实例, 但无裸机源码, 无法满足实时性比较强的工程实际需求文章详细阐述了基于 Zynq 的 OLED 驱动设计步骤和方法, 并且在基于 Zynq 的开发板 ZedBoard 上实现了实时显示字母数字和点阵图像, 为 Zynq 在仪器仪表领域实现人机交互提供了技术支撑 2OLED 驱动设计流程 Zynq 是一个 ARMPS+PL 结构, 其中 PL 部分就是传统意义的 FPGA, 可以方便地定制相关外设 IP, 也可以进行相关的算法设计, 和使用普通 FPGA 完全一样如果不使用 PL,Zynq 的 PS 部分和普通的 ARM 开发一样 Zynq 最大的特点是可以利用 PL 部分灵活地定制外设, 挂在 PS 上, 而普通的 ARM, 外设是固定的因此,Zynq 的硬件外设是不固定的, 这也是 Zynq 灵活性的一个表现 OLED 在 Zynq 上是连接在 PL 上, 因此需要把 OLED 对应引脚挂在 PS 的硬件上, 然后设计 OLEDIP 核, 再通过 SDK 设计驱动程序,OLED 驱动设计流程如图 1 所示 ZedBozrd 控制 OLED 的主要方法是 : 自行设计一个 IP 核, 对 OLED 的 6 个控制信号和电源信号进行逻辑设计和引脚约束, 通过 AXI 总线, 把 OLED 的 IP 核和 PS 联系起来在 PS 部分编写相应的驱动程序, 即可实现对 OLED 的控制, 如图 2 所示图 1OLED 驱动设计流程

2 图 2OLED 系统设计图因此, 要实现 OLED 显示功能, 主要做以下几个方面工作 : 设计 Zynq 硬件系统 (PS 部分 ) 设计自己的 IP 核和 PS 部分驱动程序设计 3 建立 Zynq 硬件系统和 OLEDIP 核 Zynq 的开发板 ZedBoard 上使用 Inteltronic/Wisechip 公司的 OLED 显示模组 UG- 2832HSWEG04, 分辨率为 , 是一款单色被动式显示屏, 驱动电路采用所罗门科技的 SSD1306 芯片具体电路如图 3 所示根据原理图可知,ZedBoard 开发板使用的 OLED 采用 SPI 方式控制,SPI 模式使用的信号线和电源线有如下几条 : RST(RES): 硬复位 OLED; DC: 命令 / 数据标志 (0, 读写命令 ;1, 读写数据 ); SCLK: 串行时钟线 ; SDIN: 串行数据线 ; VDD: 逻辑电路电源 ; VBAT:DC/DC 转换电路电源在 SPI 模式下, 每个数据长度均为 8 位, 在 SCLK 的上升沿, 数据从 SDIN 移入到 SSD1306, 并且是高位在前的图 3OLED 原理图 Zynq 的硬件系统是指在 PL 中配置相关外设, 挂载到 PS 中, 作为 PS 部分的外设使用 OLED 驱动主要用到 6 个 IO 口, 在生成硬件系统时, 只需要利用 Xilinx 的嵌入式工具 XPS 生

3 成最小硬件系统, 然后把 OLED 的相关引脚添加到最小硬件系统中主要过程如下 : (1) 根据芯片型号, 根据 XPS 工具设计流程, 生成 Zynq 的最小硬件系统 (2) 在最小硬件系统中, 添加外设 IPmy_oled, 把 OLED 的 SPI 引脚添加到工程中添加一个 6 位寄存器, 每位和 SPI 引脚对应 (3)my_oledIP 核逻辑设计主要完成 IP 核引脚添加端口映射和用户逻辑功能首先要对设计的 IP 核添加引脚, 在系统生成的 MPD 文件中, 添加 OLED 的相关引脚端口和方向信息在 MPD 文件中, 在 PORT 下添加 OLED 的相关引脚和方向信息, 具体代码如下 : PORTDC="",DIR=O PORTRES="",DIR=O PORTSCLK="",DIR=O PORTSDIN="",DIR=O PORTVBAT="",DIR=O PORTVDD="",DIR=O (4) 在系统生成的 my_oled.vhd 文件中, 用 VHDL 语言进行端口设计, 主要进行以下两个设计声明 IP 和用户 6 个信号和电源的端口代码如下 : DC outstd_logic; RES outstd_logic; SCLK outstd_logic; SDIN outstd_logic; VBAT outstd_logic; VDD outstd_logic; 将用户端口和 IP 核端口进行映射, 代码如下 : DC=>DC, RES=>RES, SCLK=>SCLK, SDIN=>SDIN, VBAT=>VBAT, VDD=>VDD, (5) 在系统生成的 user_logic.v 文件中, 用 Verilog 语言进行逻辑设计, 实现寄存器和 SPI 对应端口连接并实时读取, 主要代码如下其中 slv_reg0 为 IP 核寄存器,tmp 为用户定义临时寄存器,tmp 的每一位和 IP 端口一一对应实现把 slv_reg0 寄存器低 6 位实时传给 tmp 寄存器, 通过对寄存器 slv_reg0 的写操作达到控制 6 个引脚的时序 always@(posedgebus2ip_clk) begin tmp<=slv_reg0[5:0]; end 4OLED 驱动程序设计由于 ZedBoard 开发板上的 OLED 使用的是 SPI 协议, 并且只支持写, 不支持读, 因此控制 OLED 就是在 SCLK 的时钟下, 通过 SDIN 进行命令和数据的传输 OLED 的控制需要经过初始化传数据和命令以及对显存设置等操作实现 4.1 初始化驱动 IC 的初始化代码, 可以参考厂家推荐的设置, 但需要根据开发板上 OLED 实际参数

4 进行一些修改根据 SSD1306 数据手册的初始化说明, 具体步骤如图 4 所示初始化的实现就是对 SSD1306 进行写命令图 4SSD1306 初始化步骤 4.2 写数据和命令的实现在 SCLK 时钟下, 根据要写入的数据或者命令, 设置 SDIN 引脚的电平, 一位一位地把数据写入 SSD1306 SSD1306 每次传送的命令和数据均为一个字节, 传送数据和命令的区别是通过 Set_OLED_DC 宏, 设置该函数为写数据, 通过 Clr_OLED_DC 宏, 设置该函数为写命令实现一个字节的数据传输代码如下 : for(i=0;i<8;i++) Clr_OLED_SCLK; if(data&0x80) Set_OLED_SDIN; else Clr_OLED_SDIN; Set_OLED_SCLK; data<<=1; 4.3 显存数据写入 SSD1306 存储器我们采用的办法是在 PS 的内部建立一个 OLED 的 GRAM( 共 128 个字节 ), 在每次修改的时候, 只是修改 PS 上的 GRAM( 实际上就是 SRAM), 在修改完之后, 一次性把 PS 上的 GRAM 写入到 OLED 的 GRAM 具体代码如下: voidoled_refresh_gram(void) u8i,n; for(i=0;i<4;i++) write_cmd(0xb0+i);// 设置页地址 write_cmd(0x00);// 设置显示位置 - 列低地址, 偏移了 2 列

5 write_cmd(0x10);// 设置显示位置 - 列高地址 for(n=0;n<128;n++)write_data(oled_gram[n][ i]); 4.4 显示结果系统实现了 OLED 的字母数字和点阵图形实时显示, 如图 5 所示图 5OLED 运行结果 5 结论系统采用可软硬件协同设计的 Zynq 器件, 定制硬件 IP 核, 采用传统 ARM 程序设计方法设计 OLED 驱动程序和测试程序, 实现了实时显示解决了基于 Zynq 器件在广电仪器和电力仪表仪器中人机交互的工程技术, 具有集成度高可移植性强和通用性好等优点

目录 1. 型号说明产品选型 OLED 显示屏简介 HTDS 系列 OLED 模块具有以下特点 : OLED 显示屏的细节与显示效果技术说明 SPI 版技术说明 IIC 版技

目录 1. 型号说明产品选型 OLED 显示屏简介 HTDS 系列 OLED 模块具有以下特点 : OLED 显示屏的细节与显示效果技术说明 SPI 版技术说明 IIC 版技 HelTec Automation PRODUCT TECHNICAL DATA HTDS 系列单色 OLED 显示屏 128x64 点阵显示低功耗无需背光高对比度内置驱动芯片 OLED Model Rev 0.1 P 1 / 15 Aug 2015 Produced by HelTec Automation Limited 目录 1. 型号说明... 3 2. 产品选型... 4 3.