OLED 0.96インチで遊ぶ (7) - PICから表示

Amazonで1.3インチのOLEDを見かけたので買ってみました。

https://www.amazon.co.jp/dp/B01M9CIFU5/www.amazon.co.jp

レビューを見るとインターフェース(SPI or I2C)と色(白 or 青)は届くまでわからないとのこと。
確かに注文時に選択する箇所が無いので、I2Cが届くことを願いながら注文しました。

結果･･

届いたのは7ピンのSPIでした(笑)

0.96インチと並べると大きさは一目瞭然です。

調べてみると裏の抵抗の位置を変えればI2Cで動かすことができるらしいのですが、せっかくなのでSPIのまま動かしてみることにしました。
また、コントローラーもSSD1306では無く、SH1106と言う型番のようでレジスタ形態が若干違うようです。
データシートは検索したら直ぐに入手できました。

ベースとなる回路とプログラムは前回作った馬のアニメーションgifです。
PICのSSP1はそのままI2CでEEPROMを接続し、SSP2をSPIにしてOLEDと接続しました。

OLEDのピンは左から
　　GND
　　VCC
　　SCK(SPIクロック)
　　SDI(SPI入力データ)
　　RES(リセット)
　　DC(データ/コマンド)
　　CS(チップセレクト)
の並び順になっています。

DCとCSが存在しているので、4線式のSPIであることが伺えます。
SH1106のデータシートにタイミングチャートが載っていました。

A0がDCに相当しており、Lowでコマンド、Highでデータとなっています。

PICとの接続は下記のようにしました。
　　RC4 ： SCK
　　RC5 ： SDI(SDO)
　　RA2 ： RES
　　RC2 ： DC
SPIデバイスはOLEDのみなので、CSはLow固定にしています。

SPIクロックは最速の1Mにしました。
SPI通信はI2C通信と同様にPICのレジスタを操作することでPICが自動で行いますが、DCはRC2を直接操作して設定しています。

コマンドはほぼSSD1306と同じでしたが、アドレッシングモードはPageモードのみのようで、カラムには2のオフセットを付けて指定する必要があるようです。
(値2で位置0になる)
また、チャージポンプの設定は不要でした。

その他、表示On(0xaf)もSSD1306と同じなのでさほど苦労せずに動かせました。
しかし、せっかく1MHzのSPIクロックで送信しているのに表示はそれほど速くなった感じがしません。
おそらく400KHzのI2CクロックでEEPROMから表示データをリードしているのがボトルネックになっていると予想されます。
そこで、EEPROMも高速版(最大1MHz)の24FC512を使用してSPI、I2C共に1MHzで動かしてみることにしました。
24FC512は秋月電子で140円でした。

8MHzのメインクロックから、I2Cクロック1MHzを作るにはデータシートの式からSSP1ADDには値1を設定しなければいけません。

しかし、注釈のようにSSP1ADDはI2C使用時は3以上では無いといけないようなので、逆算するとメインクロックは最低でも16MHzが必要になります。
また、SSP1STATのビット7 のSMPにも1をセットしないと1MHzで通信できないようでした。

これに気がつかず3時間ほどハマってしまいました(笑)
(ステータスレジスタなのに設定項目があったとは･･)

このように色々と変更を加えたプログラムはこちらになります。

▶PICプログラム

#include <pic.h>
#include <htc.h>
#include <pic16f18326.h>

// クロックサイクル
#define _XTAL_FREQ   16000000

// I2Cデバイスアドレス
#define DEV_EEPROM_W    0xa0    // 1010_0000
#define DEV_EEPROM_R    0xa1    // 1010_0001

#define PAGE_MAX     8
#define PAGE_OFFSET  0x400

// ========================================
//  Config 1 ～ 4
// ========================================
#pragma config  FCMEN    = OFF     // クロックモニタ
#pragma config  CSWEN    = ON      // クロック切り替え(NOSC & NDIV有効)
#pragma config  CLKOUTEN = OFF     // クロック出力
#pragma config  RSTOSC   = HFINT1  // クロック選択(HFINTOSC(1MHz))
#pragma config  FEXTOSC  = OFF     // 外部発振
#pragma config  DEBUG    = OFF     // デバッグモード
#pragma config  STVREN   = OFF     // スタック異常リセット
#pragma config  PPS1WAY  = OFF     // PPSロック
#pragma config  BORV     = HIGH    // Brown-out Reset電圧設定
#pragma config  BOREN    = OFF     // Brown-out Resetイネーブル
#pragma config  LPBOREN  = OFF     // Low-Power Brown-out Resetイネーブル
#pragma config  WDTE     = OFF     // ウオッチドッグタイマ イネーブル
#pragma config  PWRTE    = ON      // Power-up Timer イネーブル(電源ONから64ms後にプログラムを開始)
#pragma config  MCLRE    = OFF     // Master Clear イネーブル
#pragma config  LVP      = OFF     // 低電圧プログラム
#pragma config  WRT      = OFF     // プログラムメモリ プロテクト
#pragma config  CPD      = OFF     // EEPROM プロテクト
#pragma config  CP       = OFF     // コード プロテクト


// ========================================
//  関数プロトタイプ
// ========================================
void spi_send(unsigned char, unsigned char);
void i2c_idle(void);
void i2c_start(void);
void i2c_stop(void);
void i2c_send(unsigned char);
unsigned char i2c_recv(void);
void i2c_sack(void);
void i2c_snack(void);

void oled_init(void);
void oled_display(unsigned char);


// ========================================
//  プログラム メイン
// ========================================
void main(void){
  unsigned char page;

  page = 0;

  OSCCON1 = 0b01100000;  // NOSC=HFINTOSC(1MHz),NDIV=1
  OSCFRQ  = 0b00000110;  // HFFRQ=16MHz

  TRISA   = 0b00000000;
  TRISC   = 0b00000011;  // RC 4(SDA2),5(SCL2)
  PORTA   = 0b00000000;
  PORTC   = 0b00000000;
  LATA    = 0b00000000;
  LATC    = 0b00000011;
  ANSELA  = 0b00000000;
  ANSELC  = 0b00000000;

  SSP1CLKPPS = 0x10;  // RC0 - 入力先 = SCL1
  SSP1DATPPS = 0x11;  // RC1 - 入力先 = SDA1
  RC0PPS     = 0x18;  // RC0 - 出力源 = SCL1
  RC1PPS     = 0x19;  // RC1 - 出力源 = SDA1

  SSP2DATPPS = 0x18;  // SDI2 Disable
  SSP2SSPPS  = 0x18;  // SS2  Disable
  RC4PPS     = 0x1a;  // RC4 - 出力源 = SCK2
  RC5PPS     = 0x1b;  // RC5 - 出力源 = SDO2

  // I2C設定
  SSP1ADD  = 0b00000011;
  SSP1CON1 = 0b00101000;  // [7] WCOL   = 0    : ライト衝突無し
                          // [6] SSPOV  = 0    : 受信オーバーフロー無し
                          // [5] SSPEN  = 1    : SDA, SCL有効
                          // [4] CKP    = 0    : クロック極性(未使用)
                          // [3:0] SSPM = 1000 : I2Cマスターモード クロック=FOSC/(4*(SSP1ADD+1))
                          //                                                 16MHz / (4*(3+1)) = 1MHz

  SSP1STAT = 0b10000000;  // [7] SMP = 1 : Slew rate control disabled

  // SPI設定
  SSP2ADD  = 0b00000011;
  SSP2CON1 = 0b00111010;  // [7] WCOL   = 0    : ライト衝突無し
                          // [6] SSPOV  = 0    : 受信オーバーフロー無し
                          // [5] SSPEN  = 1    : SCK, SDI, SDO有効
                          // [4] CKP    = 1    : クロック極性(デフォルト1)
                          // [3:0] SSPM = 1010 : SPIマスターモード クロック=FOSC/(4*(SSP2ADD+1))
                          //                                                 16MHz / (4*(3+1)) = 1MHz
  SSP2STAT = 0b00000000;

  INTCON   = 0x00;  // 割り込み無効

  __delay_ms(10); PORTAbits.RA2 = 1;  // OLED リセット解除
  __delay_ms(10); PORTAbits.RA2 = 0;  // OLED リセット
  __delay_ms(10); PORTAbits.RA2 = 1;  // OLED リセット解除

  __delay_ms(100);

  oled_init();

  while(1){
    oled_display(page);
    page++;
    if(page==PAGE_MAX){
      page = 0;
    }
  }
}


// ========================================
//  SPI 送信
// ========================================
void spi_send(
  unsigned char dc,
  unsigned char data
){
  unsigned char dmy;

  PORTCbits.RC2 = dc;  // 0:command / 1:data
  dmy = SSP2BUF;
  SSP2BUF = data;
  while(!SSP2STATbits.BF){}
}

// ========================================
//  I2C IDLE
// ========================================
void i2c_idle(void){
  while(SSP1CON2bits.SEN   |
        SSP1CON2bits.PEN   |
        SSP1CON2bits.RCEN  |
        SSP1CON2bits.ACKEN |
        SSP1STATbits.R_nW){}
}

// ========================================
//  I2C スタート送信
// ========================================
void i2c_start(void){
  i2c_idle();
  SSP1CON2bits.SEN = 1;      // スタート出力
  while(SSP1CON2bits.SEN){}  // スタート終了待ち
}

// ========================================
//  I2C ストップ送信
// ========================================
void i2c_stop(void){
  SSP1CON2bits.PEN = 1;      // ストップ出力
  while(SSP1CON2bits.PEN){}  // ストップ終了待ち
  i2c_idle();
}

// ========================================
//  I2C データ送信
// ========================================
void i2c_send(unsigned char data){
  SSP1BUF = data;                // データセット送信開始
  while(SSP1STATbits.BF){}       // 送信終了待ち
  while(SSP1CON2bits.ACKSTAT){}  // ACK返信待ち
  i2c_idle();                    // アイドル待ち
}

// ========================================
//  I2C データ受信
// ========================================
unsigned char i2c_recv(void){
  SSP1CON2bits.RCEN = 1;
  while(SSP1CON2bits.RCEN){}
  return(SSP1BUF);
}

// ========================================
//  I2C Ack送信
// ========================================
void i2c_sack(void){
  SSP1CON2bits.ACKDT = 0;
  SSP1CON2bits.ACKEN = 1;
  while(SSP1CON2bits.ACKEN){}
}

// ========================================
//  I2C NAck送信
// ========================================
void i2c_snack(void){
  SSP1CON2bits.ACKDT = 1;
  SSP1CON2bits.ACKEN = 1;
  while(SSP1CON2bits.ACKEN){}
}

// ========================================
//  OLED初期化
// ========================================
void oled_init(void){
  spi_send(0, 0xaf);  // 画面表示 On
}

// ========================================
//  OLED表示
// ========================================
void oled_display(unsigned char page){
  unsigned char data00[64], data01[64], data02[64], data03[64],
                data04[64], data05[64], data06[64], data07[64],
                data08[64], data09[64], data10[64], data11[64],
                data12[64], data13[64], data14[64], data15[64];
  unsigned char  addr_high;
  unsigned char  addr_low;
  unsigned short addr;

  addr = page * PAGE_OFFSET;
  addr_high = addr >> 8;
  addr_low  = addr & 0xff;

  // EEPROMリード
  i2c_start();
  i2c_send(DEV_EEPROM_W);  // Write
  i2c_send(addr_high);     // High Addr
  i2c_send(addr_low);      // Low  Addr
  i2c_start();
  i2c_send(DEV_EEPROM_R);  // Read

  for(int i=0; i<64; i++){ data00[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data01[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data02[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data03[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data04[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data05[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data06[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data07[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data08[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data09[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data10[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data11[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data12[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data13[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<64; i++){ data14[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  for(int i=0; i<63; i++){ data15[i] = i2c_recv(); i2c_sack(); }
  data15[63] = i2c_recv();
  i2c_snack();
  i2c_stop();

  // OLED表示
  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb0);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data00[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data01[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb1);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data02[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data03[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb2);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data04[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data05[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb3);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data06[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data07[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb4);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data08[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data09[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb5);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data10[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data11[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb6);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data12[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data13[i]); }

  spi_send(0, 0x10); spi_send(0, 0x02); spi_send(0, 0xb7);
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data14[i]); }
  for(int i=0; i<64; i++){ spi_send(1, data15[i]); }
}

前回のI2C 400KHzよりもかなり高速に表示できました。
そして、1.3インチも見やすくていい感じです。

[参考記事]

• OLED 0.96インチで遊ぶ (1) - SSD1306
• OLED 0.96インチで遊ぶ (3) - PBMファイル表示
• OLED 0.96インチで遊ぶ (5) - PICから表示
• OLED 0.96インチで遊ぶ (6) - PICから表示