作者：Bird
上篇文章 【Maker 電子學】小型 OLED 顯示裝置的原理與應用—PART4 中，我們說明了 SSD1306 連接外部的五種通訊介面、對外連接的各個訊號以及在 SPI 及 I2C（以下寫作 I2C） 介面下的速度差距。這一回我們要來看看 SSD1306 幾種不同的模組設計，以及直接使用模組時，要如何設計電路。
模組的設計 #
（圖片來源：Bird 提供）
上圖是我們現在很容易在淘寶或是販售 Arduino 相關零件的電子材料行購得的 OLED 模組，它們都是用 SSD1306 驅動的，左邊的面板是 128×64 的，右邊的面板比較小，是 128×32 的。
這些模組都把帶有 SSD1306 COG 的 OLED 面板安裝在一塊 PCB 上，並把連接 Arduino 或其它實驗平台的訊號用標準距離 2.54 mm 的排針或焊點拉出來，方便用麵包板或跳線做實驗。
但如果你把這張 PCB 翻過來看，就會發現它上面的零件其實不多，而且看起來大部分都是電阻或電容等被動元件，只有一顆三隻腳的零件看起來像電晶體。：
（圖片來源：Bird 提供）
如果我們要製作自己的 PCB，能不能不要用這種帶有 PCB 的模組，而直接用 SSD1306 的面板模組，然後把這些驅動 SSD1306 面板模組所需要的外部零件放在我們自己的 PCB 上呢？可以，而且不難。
我們之前說過，SSD1306 是香港晶門科技（Solomon Systech）所設計、生產的 PM-OLED 驅動 IC，那麼這些 128×64、128×32 的 OLED 面板又是誰生產的呢？
這些市面上很容易買到用 SSD1306 驅動的 OLED 面板，有很大一部分是由已經解散的台灣公司「悠景科技」所生產的。雖然台灣的公司登記顯示這間公司已經在 2012 年解散，但現在仍然找得到以該公司為名的網站，且其網址雖然掛在 .tw 之下，公司的聯絡方式都在香港或大陸，令人不禁好奇我們現在買到的 OLED 面板模組到底是在哪裡在生產。
不過，我們仍然可以在 Adafruit 的網站上取得這些 OLED 面板的 datasheet，供我們研究。以 UG-2832HSWEG02 這個面板模組為例，它是一個 128×32 的面板，而模組本身就設計成使用 I2C 介面來操作。
我們更深入一點來看看它的 datasheet。
（圖片來源：Bird 提供）
上面這張圖大概是整份 UG-2832HSWEG02 datasheet 中最重要的一張圖，它畫出了這個模組的外觀機械尺寸、顯示陣列的尺寸以及對外連接訊號的列表。
從圖中，我們可以看出來，UG-2832HSWEG02 總共有 14 隻對外接腳：
（圖片來源：Bird 提供）
有沒有覺得有些接腳的名稱很眼熟，和我們上一回介紹的 SSD1306 對外訊號有許多雷同之處？對，這些接腳很多就是直接從 SSD1306 上引出來，讓我們使用的。
聰明的讀者可能猜得到，像 C1P/C1N、C2P/C2N 就是 SSD1306 上用來連接 charge pump 電容器的接腳，而 VBAT、VDD、VCOMH、VCC 等電源相關接腳，都和我們上次介紹的 SSD1306 對外連接接腳有一對一的對應。
IREF 是設定 OLED 陣列驅動電流的接腳，我們上次也說明過如何計算連接在它上面的電阻，以控制驅動電流；RES# 是 SSD1306 的 reset 接腳、SCL/SDA 更不用說，看名字就知道是 I2C 訊號。
了解這些接腳的功能後，我們就可以設計 UG-2832HSWEG02 與 MCU 連接的電路了。
（圖片來源：Bird 提供）
上圖是使用 SSD1306 內部的 charge pump 產生 VCC 電壓時，所需要的電路。根據 SSD1306 datasheet 上的建議，charge pump 需要 1 uF 的交換電容器，就是 C1 和 C2，而幾個電源接腳包括 VDD（邏輯電源）、VCC（OLED 陣列驅動電源）、VBAT（charge pump 輸入電源）等都需要濾波電容，我們用 0.1 uF 和 4.7 uF 的電容並聯以求較為寬頻的濾波效果，而 VCOMH（OLED 掃描列關閉時的偏壓）同樣也需要濾波，即是圖中的 C6。
而 IREF 腳上面的驅動電流設定電阻， 根據我們上次的計算，要讓 OLED 矩陣上有 100 uA 的驅動電流，需要 400 KΩ 左右的電阻，這裡我們放 E24 系列最接近的數字 390 KΩ。這個電阻調大，OLED 面板會變得比較暗；調小，面板會變得比較亮，我們可以根據需求適度的在 10% 左右的範圍內上下調整，但切記不可為了追求亮度而把它設得太小，過大的驅動電流可能會造成 OLED 陣列不可逆的損壞，或導致 SSD1306 燒毀。
RES# 接腳就比較妙了。由於 SSD1306 內部沒有 POR（power on reset）電路，在供電後我們需要把 RES# 拉低一小段時間，重置 SSD1306 內部的邏輯電路，才能讓它開始正常運作。最簡單的方法就是把這隻腳接到 MCU 的 GPIO，在開機後用 GPIO 去 reset SSD1306。
我們之前介紹過的 Adafruit SSD1306 驅動 library 也有這個功能，在 SSD1306 的控制物件 constructor 中，有個參數就是用來告訴 library，SSD1306 的 reset 要用哪個 GPIO 控制。
uint8_t w,
uint8_t h,
TwoWire * twi = &Wire,
int8_t rst_pin = -1,
uint32_t clkDuring = 400000UL,
uint32_t clkAfter = 100000UL
)
上面的第 4 個參數，就是用來指定用哪隻 GPIO 控制 SSD1306 的 RES#，但這個做法需要浪費一隻 GPIO，在很多 GPIO 數量非常有限的平台上，這並不是個好主意。
事實上我們也可以用硬體電路來產生這一個 reset 訊號，一個簡單的 RC reset 電路在這裡就可以工作得很好。我們用 10 KΩ 和 1 uF 的電容器，得到一個時間常數差不多 10 ms 的 RC 電路，只要 3.3 V 電源起來的速度夠快，這個電路就能確保 RES# 接腳停留在 low 的時間夠久，讓 SSD1306 在供電穩定後可以收到 reset 訊號。
至於 D1 那個二極體，是用來讓 C5 在電源關掉後可以快速放電用的。因為當電源關閉後，C5 內部仍有殘存的電荷，它會透過 R3 以及 SSD1306 IC 內部的一些漏電路徑慢慢洩漏掉，但速度可能不會太快。如果在 C5 上的電荷還沒漏光前就重新上電，RES# 接腳可能就收不到夠低的電壓作為 reset 訊號，而讓 reset 失敗。這是 RC reset 電路常見的設計失誤：斷電之後馬上重新上電，RC reset 電路會失效。
以上，我們總共只需要 6 個電容器、2 個電阻、再加上 1 個二極體，就可以讓 SSD1306 的面板模組工作。剩下的，就是把 SCL/SDA 訊號接到 MCU，讓軟體去控制它了。
至於 UG-2832HSWEG02 模組上的這 14 隻腳，要如何與 PCB 連接呢？
（圖片來源：Bird 提供）
這個模組的邊緣是一個軟性電路板，這個 14 個訊號拉到軟板的邊邊，形成一排可以焊接的點。對，雖然看起來很像用連接器連接的 FFC 端點，但它不是。這是設計直接和電路板焊接的焊點。
根據前面說明過的圖面，這 14 隻腳之間的間距是 0.62 mm：
（圖片來源：Bird 提供）
而每隻腳的寬度是 0.32 mm。因此，我們只要根據這個間距，在電路板上設計一排焊點，就可以把這個模組焊接到電路板上。
（圖片來源：Bird 提供）
上圖用紅色框起來的那一排，就是根據這個尺寸設計的焊點，而右邊有一排零件則是前面電路圖中的被動元件，這裡用的是 0603 的尺寸。
它實際焊接在電路板上的樣子是這樣：
（圖片來源：Bird 提供）
小結 #
我們花了五回的篇幅，仔細地介紹 SSD1306 這顆 PM-OLED 驅動 IC、OLED 面板掃描驅動的原理，並示範了用 ESP8266 在 Arduino 平台上驅動它。
使用 SSD1306 驅動的 PM-OLED 面板使用起來非常方便、有彈性，不管是高速的 SPI 介面，還是節省接腳到極致的 I2C 介面，使用起來都很容易。SSD1306 內建的 VCC charge pump 更讓 OLED 驅動最麻煩的電源問題變得非常簡單，只要單一的 3.3 V 電源就可以點亮它。
希望藉由這次的介紹，可以讓讀者更深入地了解這個好用的零件，在更多專案的上使用。
（責任編輯：賴佩萱）
