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電子工作その15（OLEDディスプレイ：SSD1306の使い方）

2023/08/26に公開

Arduino

こんにちは、Ideagearの鈴木陽介です。

今回は、Arduino Unoを用いたOLEDディスプレイ（SSD1306）の使い方についてご説明します。

本記事は、記録として残すことが目的の手抜き記事ですが、日本語の参考資料としてご活用ください。

はじめに

ところで、OLEDとは、LEDでしょうか？
LEDだとして、頭のOは何でしょうか？

この疑問に対する答えですが、下記記事にわかりやすくまとまっていましたのでそのまま引用させていただきます。

（ここから）
「OLED」とは「Organic Light Emitting Diode」の略で、発光材料に有機物質（Organic）を使った「LED（発光ダイオード）」という意味です。つまり「OLED」は電流を流すと自ら発光する素子なのです。
（ここまで）

このOLEDは、電子工作で何かを表示させたい時によく使われますが、種類がいろいろあります。
ピン数も今回使用する一番簡単な4ピンのもあれば、7ピンのもありますし、文字の色やディスプレイのサイズも様々です。

で、今回使用したものは中国のタオバオで購入しましたが、同じものが秋月電子さんで売られていましたので、参考として共有します。

参考記事

毎度おなじみ、英語の記事ですが、Random Nerd Tutorialsの記述がきれいにまとまっているので活用させてもらいました。

Guide for I2C OLED Display with Arduino

ピン配置

参考記事から引用。

画像引用元：https://randomnerdtutorials.com/guide-for-oled-display-with-arduino/

ブレッドボード図

同じく参考記事から引用。

画像引用元：https://randomnerdtutorials.com/guide-for-oled-display-with-arduino/

下記は、実際にArduino Unoと配線した時の様子です。

ライブラリー

ライブラリーは2つ必要です。

Arduino IDEを開き、スケッチ -> ライブラリーをインクルード -> ライブラリーを管理 ->ライブラリーマネージャから、下記ライブラリーをインクルードしてください。

Adafruit GFX Library by Adafruit
Adafruit SSD1306 by Adafruit

ソースコード

参考記事からそのまま拝借。

単なる確認だけであれば、Arduino IDEのスケッチ例のものも基本同じ内容ですので、こちらを使うのも便利です。具体的な場所は下記：

ファイル -> スケッチ例 -> Adafruit SSD1306 -> ssd1306_128x64_i2c

ただ、サンプルコードはなぜか途中でフリーズしてしまうことが多いため、参考記事の下記ソースコードを使うことをオススメします。

/*********
  Complete project details at https://randomnerdtutorials.com
  
  This is an example for our Monochrome OLEDs based on SSD1306 drivers. Pick one up today in the adafruit shop! ------> http://www.adafruit.com/category/63_98
  This example is for a 128x32 pixel display using I2C to communicate 3 pins are required to interface (two I2C and one reset).
  Adafruit invests time and resources providing this open source code, please support Adafruit and open-source hardware by purchasing products from Adafruit!
  Written by Limor Fried/Ladyada for Adafruit Industries, with contributions from the open source community. BSD license, check license.txt for more information All text above, and the splash screen below must be included in any redistribution. 
*********/

#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels

// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
#define OLED_RESET     -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

#define NUMFLAKES     10 // Number of snowflakes in the animation example

#define LOGO_HEIGHT   16
#define LOGO_WIDTH    16
static const unsigned char PROGMEM logo_bmp[] =
{ B00000000, B11000000,
  B00000001, B11000000,
  B00000001, B11000000,
  B00000011, B11100000,
  B11110011, B11100000,
  B11111110, B11111000,
  B01111110, B11111111,
  B00110011, B10011111,
  B00011111, B11111100,
  B00001101, B01110000,
  B00011011, B10100000,
  B00111111, B11100000,
  B00111111, B11110000,
  B01111100, B11110000,
  B01110000, B01110000,
  B00000000, B00110000 };

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { 
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;); // Don't proceed, loop forever
  }

  // Show initial display buffer contents on the screen --
  // the library initializes this with an Adafruit splash screen.
  display.display();
  delay(2000); // Pause for 2 seconds

  // Clear the buffer
  display.clearDisplay();

  // Draw a single pixel in white
  display.drawPixel(10, 10, WHITE);

  // Show the display buffer on the screen. You MUST call display() after
  // drawing commands to make them visible on screen!
  display.display();
  delay(2000);
  // display.display() is NOT necessary after every single drawing command,
  // unless that's what you want...rather, you can batch up a bunch of
  // drawing operations and then update the screen all at once by calling
  // display.display(). These examples demonstrate both approaches...

  testdrawline();      // Draw many lines

  testdrawrect();      // Draw rectangles (outlines)

  testfillrect();      // Draw rectangles (filled)

  testdrawcircle();    // Draw circles (outlines)

  testfillcircle();    // Draw circles (filled)

  testdrawroundrect(); // Draw rounded rectangles (outlines)

  testfillroundrect(); // Draw rounded rectangles (filled)

  testdrawtriangle();  // Draw triangles (outlines)

  testfilltriangle();  // Draw triangles (filled)

  testdrawchar();      // Draw characters of the default font

  testdrawstyles();    // Draw 'stylized' characters

  testscrolltext();    // Draw scrolling text

  testdrawbitmap();    // Draw a small bitmap image

  // Invert and restore display, pausing in-between
  display.invertDisplay(true);
  delay(1000);
  display.invertDisplay(false);
  delay(1000);

  testanimate(logo_bmp, LOGO_WIDTH, LOGO_HEIGHT); // Animate bitmaps
}

void loop() {
}

void testdrawline() {
  int16_t i;

  display.clearDisplay(); // Clear display buffer

  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(0, 0, i, display.height()-1, WHITE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn line
    delay(1);
  }
  for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
    display.drawLine(0, 0, display.width()-1, i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(0, display.height()-1, i, 0, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(0, display.height()-1, display.width()-1, i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=display.width()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, i, 0, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, 0, i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  delay(250);

  display.clearDisplay();

  for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, 0, 0, i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }
  for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
    display.drawLine(display.width()-1, 0, i, display.height()-1, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000); // Pause for 2 seconds
}

void testdrawrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=2) {
    display.drawRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i, WHITE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=3) {
    // The INVERSE color is used so rectangles alternate white/black
    display.fillRect(i, i, display.width()-i*2, display.height()-i*2, INVERSE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawcircle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=2) {
    display.drawCircle(display.width()/2, display.height()/2, i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillcircle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=3) {
    // The INVERSE color is used so circles alternate white/black
    display.fillCircle(display.width() / 2, display.height() / 2, i, INVERSE);
    display.display(); // Update screen with each newly-drawn circle
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawroundrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
    display.drawRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
      display.height()/4, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfillroundrect(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
    // The INVERSE color is used so round-rects alternate white/black
    display.fillRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
      display.height()/4, INVERSE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawtriangle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=5) {
    display.drawTriangle(
      display.width()/2  , display.height()/2-i,
      display.width()/2-i, display.height()/2+i,
      display.width()/2+i, display.height()/2+i, WHITE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testfilltriangle(void) {
  display.clearDisplay();

  for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=5) {
    // The INVERSE color is used so triangles alternate white/black
    display.fillTriangle(
      display.width()/2  , display.height()/2-i,
      display.width()/2-i, display.height()/2+i,
      display.width()/2+i, display.height()/2+i, INVERSE);
    display.display();
    delay(1);
  }

  delay(2000);
}

void testdrawchar(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(1);      // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(WHITE); // Draw white text
  display.setCursor(0, 0);     // Start at top-left corner
  display.cp437(true);         // Use full 256 char 'Code Page 437' font

  // Not all the characters will fit on the display. This is normal.
  // Library will draw what it can and the rest will be clipped.
  for(int16_t i=0; i<256; i++) {
    if(i == '\n') display.write(' ');
    else          display.write(i);
  }

  display.display();
  delay(2000);
}

void testdrawstyles(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(1);             // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(WHITE);        // Draw white text
  display.setCursor(0,0);             // Start at top-left corner
  display.println(F("Hello, world!"));

  display.setTextColor(BLACK, WHITE); // Draw 'inverse' text
  display.println(3.141592);

  display.setTextSize(2);             // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(WHITE);
  display.print(F("0x")); display.println(0xDEADBEEF, HEX);

  display.display();
  delay(2000);
}

void testscrolltext(void) {
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(2); // Draw 2X-scale text
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(10, 0);
  display.println(F("scroll"));
  display.display();      // Show initial text
  delay(100);

  // Scroll in various directions, pausing in-between:
  display.startscrollright(0x00, 0x0F);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
  display.startscrollleft(0x00, 0x0F);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
  display.startscrolldiagright(0x00, 0x07);
  delay(2000);
  display.startscrolldiagleft(0x00, 0x07);
  delay(2000);
  display.stopscroll();
  delay(1000);
}

void testdrawbitmap(void) {
  display.clearDisplay();

  display.drawBitmap(
    (display.width()  - LOGO_WIDTH ) / 2,
    (display.height() - LOGO_HEIGHT) / 2,
    logo_bmp, LOGO_WIDTH, LOGO_HEIGHT, 1);
  display.display();
  delay(1000);
}

#define XPOS   0 // Indexes into the 'icons' array in function below
#define YPOS   1
#define DELTAY 2

void testanimate(const uint8_t *bitmap, uint8_t w, uint8_t h) {
  int8_t f, icons[NUMFLAKES][3];

  // Initialize 'snowflake' positions
  for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
    icons[f][XPOS]   = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
    icons[f][YPOS]   = -LOGO_HEIGHT;
    icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
    Serial.print(F("x: "));
    Serial.print(icons[f][XPOS], DEC);
    Serial.print(F(" y: "));
    Serial.print(icons[f][YPOS], DEC);
    Serial.print(F(" dy: "));
    Serial.println(icons[f][DELTAY], DEC);
  }

  for(;;) { // Loop forever...
    display.clearDisplay(); // Clear the display buffer

    // Draw each snowflake:
    for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
      display.drawBitmap(icons[f][XPOS], icons[f][YPOS], bitmap, w, h, WHITE);
    }

    display.display(); // Show the display buffer on the screen
    delay(200);        // Pause for 1/10 second

    // Then update coordinates of each flake...
    for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
      icons[f][YPOS] += icons[f][DELTAY];
      // If snowflake is off the bottom of the screen...
      if (icons[f][YPOS] >= display.height()) {
        // Reinitialize to a random position, just off the top
        icons[f][XPOS]   = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
        icons[f][YPOS]   = -LOGO_HEIGHT;
        icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
      }
    }
  }
}

どちらにせよ、ソースコードの記述がやたら長いですがw、実際のデモが1分くらいあるので仕方がないですね。。。

テスト

上記ソースコードを書き込むと、このような約1分のデモが始まります。https://twitter.com/Ideaport_Suzuky/status/1695064045387182146

正確には、約1分で花びらがランダムで落ちるところまで進み、その後は花びらが延々とランダムで落ち続けます。

もう一度最初から見たい場合は、Arduino Unoのデーターケーブルジャックの脇にあるリセットスイッチを押してください。

おまけ

過去の実績動画も併せて共有します。

耳に埋め込まれたタッチスイッチをタッチすると、OLEDが起動してカウントダウンが始まります。（撮影日：2021年8月22日）

こちらは、赤外線温度センサー（OLEDの反対側に埋め込み）が検知した物体の温度をOLEDに表示させています。（撮影日：2021年9月14日）

まとめ

いかがでしたでしょうか？

ちょっと何かを表示した時に、OLEDはとてもお手軽で便利です。

また、今回のようなOLED（0.96インチの128×64ドット有機ELディスプレイ）で使われているSSD1306という制御チップはライブラリーが豊富ですし、I2C制御ならわずか4ピンだけで配線が完了します。

ということで、欠点らしい欠点もない優れモノですが、あえて欠点を言えば、画面サイズが比較的小さなものに限られるため、表示できる内容に限界があることくらいでしょうか？

その場合はLCDディスプレイを使いましょう！

それではまた！