SH1106 OLED驱动深度解析

原创于 2025-11-04 16:44:33 发布 · 733 阅读

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#SH1106 #OLED12864 #I²C #SSD1306 #显存地址 #嵌入式显示

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OLED12864 IIC通讯 SH1106驱动技术深度解析

在嵌入式设备越来越追求“小而美”的今天，一块清晰、省电又易于集成的显示屏几乎成了标配。无论是智能手环上的微小界面，还是工业仪表中的状态指示，OLED 因其自发光、高对比度和超薄特性，早已成为开发者眼中的香饽饽。其中， 128×64 分辨率的 OLED 模块 凭借成本低、接口简单、资源消耗少等优势，在各类项目中频频亮相。

这类模块虽然外观相似，但内部控制器却可能大不相同——常见的有 SSD1306 和 SH1106。两者引脚兼容、通信协议一致，甚至很多开源库都默认当作同一类处理。可一旦你发现屏幕显示总往右偏两列，或者初始化后一片漆黑，十有八九就是踩进了 SH1106 与 SSD1306 不兼容的坑里 。

问题出在哪？根本原因在于： SH1106 的显存地址映射从第2列开始，而非第0列 。这意味着如果你直接套用为 SSD1306 编写的驱动代码，画面就会整体右移两个像素位置，严重时还会导致部分数据写入无效区域，造成显示错乱或残影。

更麻烦的是，这种差异不会报错，也不会中断通信，它只是“默默”地把你的图像画歪了。对于追求精准显示的设计来说，这显然是不能接受的。

要真正掌控这块小小的屏幕，就不能只依赖现成库函数 display.begin() 一劳永逸。我们必须深入到底层，理解 SH1106 是如何通过 I²C 接收命令、组织显存、驱动像素的。只有搞清楚它的脾气，才能让每一次刷新都准确无误。

先来看核心角色： SH1106 。这是由 Sino Wealth（矽旺）推出的一款专用 OLED 驱动 IC，支持 128 列 × 64 行点阵显示，可通过 I²C 或 4 线 SPI 与主控芯片通信。它内置 DC-DC 升压电路，仅需 3.3V 或 5V 供电即可点亮 OLED 面板，极大简化了电源设计。

SH1106 内部有一块 1024 字节的显示 RAM（GRAM） ，对应 128×64 = 8192 个像素点。每个字节存储 8 个垂直排列的像素（bit），采用“页寻址模式”管理。整个屏幕被划分为 8 页，每页高 8 像素，宽 128 像素，正好占用 128 字节。例如：

第0页：Y=0~7
第1页：Y=8~15
……
第7页：Y=56~63

当你想在某个坐标 (x, y) 上点亮一个像素时，需要先计算它属于哪一页（ page = y / 8 ），再确定该字节内的位位置（ bit = y % 8 ），然后将数据写入对应的列地址。

但关键来了： SH1106 实际显示时，并不是从 Column 0 开始映射的，而是从 Column 2 起始！

换句话说，你在显存中写入的第0列数据，实际上并不会出现在屏幕最左边，而是被丢弃或移位处理。真正的可视区域是从 Column 2 到 Column 129 —— 可屏幕只有 128 列啊？于是最后两列又被截断。这就形成了典型的“左右各缺一列、中间偏移”的诡异现象。

这也是为什么许多开发者用 Adafruit_SSD1306 库驱动 SH1106 模块时，必须手动修改初始化序列，加入设置列偏移的指令：

// 必须设置起始列为 2，否则画面偏移！
i2c_write(0x02); // Set Lower Column Start Address to 2
i2c_write(0x10); // Set Higher Column Start Address to 0 (combined: 0x10 + 0x02 = column 2)

相比之下，SSD1306 默认从 Column 0 开始，因此不需要这一步。这个细微差别，正是两者不可互换的核心所在。

除了地址映射，SH1106 在硬件集成上也有一定优势。比如其内置升压结构更为稳定，某些型号无需外接电荷泵电容也能正常工作；而 SSD1306 往往需要精心匹配外部元件才能保证高压输出稳定。这也使得基于 SH1106 的模块在一致性方面表现更好，尤其适合批量生产的小型设备。

既然控制器这么讲究，那它是怎么和主控 MCU “对话”的呢？答案就是 I²C 协议 。

I²C 作为一种经典的双线串行总线，仅需 SCL（时钟）和 SDA（数据）两根线就能实现多设备通信，非常适合引脚紧张的嵌入式场景。OLED 模块通常挂载在 I²C 总线上作为从机，MCU（如 STM32、ESP32、Arduino 等）则扮演主机角色。

每次通信前，主机发起 Start 条件，随后发送目标设备的 7 位地址 + 读写位（R/W）。对于大多数 SH1106 模块，这个地址是 0x3C （写）或 0x3D （读），但在 I²C 传输中会左移一位，变成 0x78 / 0x79 。注意：有些模块支持地址跳线，实际使用前最好用 I²C 扫描工具确认真实地址。

更重要的是，SH1106 要求在每条消息开头明确告知后续数据是“命令”还是“数据”。这是通过一个特殊的 控制字节（Control Byte） 实现的：

控制字节	含义
`0x00`	接下来的是命令
`0x40`	接下来的是显存数据

举个例子，如果你想关闭显示，流程如下：

i2c_start(OLED_ADDR);
i2c_write(0x00);     // 告诉 SH1106：接下来是命令
i2c_write(0xAE);     // 发送“关闭显示”命令
i2c_stop();

而如果要发送图像数据，则换成：

i2c_start(OLED_ADDR);
i2c_write(0x40);     // 告诉 SH1106：接下来是数据
for (int i = 0; i < 128; i++) {
    i2c_write(buffer[i]);  // 连续写入一行数据
}
i2c_stop();

这个机制看似繁琐，实则是为了节省引脚。如果没有控制线（如 D/C#），就必须靠软件约定来区分命令流和数据流，而控制字节正是这一逻辑的体现。

在实际开发中，建议将 I²C 速率设置为 400kHz（快速模式），既能保证刷新效率，又不至于因信号完整性不足导致通信失败。当然，首次调试时可以降频至 100kHz，排除干扰因素。

另外别忘了上拉电阻。SCL 和 SDA 都是开漏输出，必须外接 4.7kΩ 上拉电阻至 VCC 才能形成有效电平。好在大多数 OLED 模块已经集成了这些电阻，但如果遇到通信不稳定的情况，仍需检查是否缺失或阻值不当。

回到系统层面，一个典型的连接方式如下：

[MCU] 
   │ SCL → SCL
   │ SDA → SDA
   │ GND → GND
   └ VCC → 3.3V/5V
         ↓
     [OLED12864 Module]
         ↓
     [SH1106 Driver IC]
         ↓
     [OLED Panel 128x64]

只要接好四根线，配合正确的初始化序列，就能点亮屏幕。但“点亮”只是第一步，真正考验功力的是如何高效、稳定地更新内容。

下面是一段经过验证的 SH1106 初始化代码（以 ESP-IDF 风格为例）：

void sh1106_init() {
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();

    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, OLED_I2C_ADDR | I2C_MASTER_WRITE, true);

    // 进入命令模式
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x00, true);

    // 关闭显示
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xAE, true);

    // 设置列偏移（SH1106 特有）
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x02, true);  // low col = 2
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x10, true);  // high col = 0 → start at col 2

    // 起始行设置
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x40, true);  // start at line 0

    // 段重映射与扫描方向
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xA1, true);  // SEG remap (left-right flip)
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xC8, true);  // COM scan reverse (up-down)

    // 多路复用比
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xA8, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x3F, true);  // 1/64 duty

    // COM 引脚配置
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xDA, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x12, true);  // alternative COM config

    // 对比度调节
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x81, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x7F, true);  // max brightness

    // 显示模式
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xA4, true);  // normal display
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xA6, true);  // non-inverted

    // 开启显示
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xAF, true);

    i2c_master_stop(cmd);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
}

这段代码的关键之处在于前三条命令设置了列起始地址为 2，这是区别于 SSD1306 的标志性操作。此外，段重映射和 COM 扫描方向可根据实际安装方向调整，避免图像倒置。

完成初始化后，就可以进行页面定位和数据写入了：

void sh1106_set_cursor(uint8_t page, uint8_t col) {
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, OLED_I2C_ADDR | I2C_MASTER_WRITE, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x00, true);                    // command mode
    i2c_master_write_byte(cmd, 0xB0 | page, true);            // set page address
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x00 | (col & 0x0F), true);     // lower col
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x10 | ((col >> 4) & 0x0F), true); // higher col
    i2c_master_stop(cmd);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 100 / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
}

void sh1106_write_data(const uint8_t *data, size_t len) {
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, OLED_I2C_ADDR | I2C_MASTER_WRITE, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, 0x40, true);  // data mode
    i2c_master_write(cmd, data, len, true);
    i2c_master_stop(cmd);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 100 / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
}

有了这两个基础函数，就可以逐页写入字符或图形数据。推荐的做法是在 RAM 中维护一份 1024 字节的帧缓冲区，所有绘制操作先在本地完成，再整页或局部刷新到 OLED，这样可以显著减少 I²C 通信次数，提升响应速度。

当然，开发过程中难免遇到各种“玄学”问题。以下是一些常见故障及其应对策略：

屏幕完全无反应？
先用 I²C 扫描工具检查设备是否存在。若找不到地址，可能是接线错误、电源未供或模块损坏。确保 SDA/SCL 正确连接，GND 共地，且上拉到位。
显示全黑或模糊？
检查对比度设置（0x81 后的值），尝试设为 0x7F。也可能是未正确开启显示（遗漏 0xAF 命令）。
画面左右偏移 2 列？
绝对是用了 SSD1306 初始化序列！务必加入 0x02 和 0x10 设置列偏移。
出现残影或重影？
说明旧数据未清除。每次更新前应清屏（向全部显存写 0x00）或使用反色模式临时排查。
通信偶尔失败？
降低 I²C 速率至 100kHz，检查布线长度是否过长，避免与其他高速信号平行走线。

还有一些工程细节值得留意：
- 在 VCC 引脚附近加一个 0.1μF 陶瓷电容，吸收 OLED 开关瞬间的大电流波动；
- 使用深色背景 UI，因为 OLED 黑色像素不发光，功耗更低；
- 不使用时调用 0xAE 关闭显示，进一步节能；
- 字体资源可用 PCtoLCD2002 工具生成，常用 6×8、8×16 ASCII，中文建议 16×16 点阵。

最终你会发现，OLED12864 + SH1106 + I²C 这套组合之所以广受欢迎，正是因为它的平衡性：够小、够省、够简单。虽然调试初期可能会被地址偏移等问题困扰，但一旦掌握其规律，就能像搭积木一样快速构建出可靠的显示系统。

更重要的是，理解 SH1106 的底层工作机制，不仅能帮你避开兼容性陷阱，也为后续接入更复杂的图形库（如 u8g2、LVGL）打下坚实基础。毕竟，任何高级抽象的背后，都是对硬件本质的深刻把握。

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考

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