Utilizando displays OLED 0.96″ I2C em paralelo com Arduino

O display OLED 0.96″ é considerado uma boa opção para estabelecer uma interface de visualização de dados, no entanto, o seu tamanho limita a quantidade de informações que podem ser exibidas em uma única tela. De forma a possibilitar o aproveitamento das vantagens que o uso do display fornece e garantir a exibição de uma maior quantidade de informações, neste tutorial, aprenderemos a modularizar mais de dois displays OLED 0.96″ com o Arduino UNO utilizando o demux CD4051E.

Displays OLED 0.96″ I2C 

A estrutura de um OLED (Organic Light-Emitting Diode, ou, Diodo Emissor de Luz Orgânico) é constituída basicamente de uma camada de semicondutor orgânico, situada entre dois eletrodos, sendo que um deles geralmente é transparente. Esse material orgânico ao ser estimulado por uma corrente ou campo elétrico, emite luz nas cores vermelho, verde e azul (RGB), dispensando a necessidade de haver luz traseira (backlight), ao contrário das telas dos displays LCD, por exemplo. Essa característica do OLED traz uma grande vantagem frente ao uso dos outros tipos de tela que é a considerável economia de energia.

Devido a presença de material orgânico na sua constituição, a vida útil do display OLED costuma ser menor do que a dos outros tipos de displays e também apresenta a desvantagem de ter baixa resistência à água. Entretanto, além do baixo consumo de energia, o display OLED proporciona uma melhor resolução, qualidade de cor, brilho, contraste e além disso, costuma ser mais leve e fino em relação aos outros displays.

O display utilizado neste projeto possui controlador SSD1306 e a tela tem 0.96 polegadas com resolução de 128×64 pixels (também pode ser encontrado com resolução de 128×32 pixels). A comunicação com o arduino é feita via interface I2C (também pode ser por SPI), portanto, além dos pinos de alimentação (VCC e GND), o display OLED conta com mais 2 pinos (SDA e SCL) para a conexão com o arduino. Certamente a pinagem reduzida do OLED é outra grande vantagem deste display frente aos outros disponíveis no mercado.

O display OLED pode apresentar dois endereços diferentes (0x3C ou 0x3D), possibilitando alternar entre eles a partir da modificação da configuração de resistores na parte traseira da placa. Sendo assim, o modo de endereçamento possibilita utilizar apenas dois displays em paralelo.

O multiplexador/demultiplexador CD4051E

Enquanto um demultiplexador (demux) é um sistema digital que contém apenas uma entrada (analógica ou digital) cujo conteúdo é passado para uma das saídas a partir da combinação dos sinais de controle, um multiplexador (mux) apresenta uma lógica inversa: contém uma saída que recebe o conteúdo de uma entre várias entradas (analógicas ou digitais) dependendo da configuração dos sinais de controle. O CD4051E é um CI (Circuito Integrado) que pode agir tanto como um demultiplexador quanto um multiplexador e nesse tutorial, usaremos ele como um demux.

O componente que iremos utilizar contém uma entrada analógica/digital e 8 saídas, além de 3 entradas de controle. Seguindo o diagrama da figura 3:

• O pino 16 (VDD) é o de alimentação (pode ser 5V ou 3.3V)
• O pino 8 (VSS) é o GND ou terra
• O pino 7 (VEE) é a tensão negativa para a geração de ruído entre as entradas e saídas (neste tutorial, o conectaremos ao GND)
• Os pinos 9 a 11 (A0, A1 e A2) são as entradas de controle digitais
• Os pinos 1, 2, 4, 5, 12 a 15 (Y0 a Y7) são as entradas/saídas (neste tutorial, serão saídas analógicas)
• O pino 3 (Z) é a entrada/saída que irá ser conectada ao arduino (neste tutorial, será entrada analógica).
• O pino 6 (E) é o pino de habilitação do CI (neste tutorial, o conectaremos ao GND)

Como iremos utilizar um demux de 8 canais, é possível utilizar até 8 OLEDs em paralelo. Entretanto, para facilitar o entendimento e simplificar a lógica, iremos modularizar apenas 3 OLEDs, portanto, utilizaremos 3 entradas do demux.

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Mãos à obra – Imprimindo informações nos displays

Componentes necessários

• 3 x Display OLED 0.96” I2C
• 1 x Demultiplexador CD4051E
• 1 x Arduino UNO
• 1 x Protoboard
• Jumpers

Você também pode optar por utilizar outro demux da família do 4051 (por exemplo, o HEF4051B) ou outros da família do 4052 que são de 4 canais, mas atente-se a pinagem do componente que costuma ser diferente de uma família para outra. Se você escolher utilizar outro Arduino, verifique os pinos de comunicação I2C para estabelecer as ligações corretamente.

Montando o projeto

• Conecte os pinos de VCC dos displays e do demux ao 5V do arduino.
• Conecte os pinos de GND dos displays e os pinos 6, 7 e 8 do demux ao GND do arduino.
• Conecte os pinos SCL dos displays ao pino A5 do arduino (os pinos podem ser ligados em paralelo como mostra a figura 4).
• Conecte cada um dos pinos SDA dos displays aos pinos 12 a 14 do demux (você pode escolher qualquer combinação de 3 pinos dentre os pinos de saída do demux).
• Conecte o pino 3 do demux ao pino A4 do arduino.
• Conecte os pinos 9 a 11 do demux aos pinos digitais 2, 3 e 4 do arduino (você pode escolher qualquer combinação de 3 pinos digitais do arduino).

Verifique como ficou nossa montagem na prática:

Bibliotecas

Neste projeto, usaremos apenas a biblioteca “U8glib.h” para estabelecer a comunicação com os displays e imprimir informações nos OLEDs. Você pode baixar-lá no site: https://github.com/olikraus/u8glib/.

Instale a biblioteca no diretório padrão de suas bibliotecas. Geralmente, este diretório se encontra dentro da pasta “Arduino”, localizada em “Documentos”.

Programando

Segue o código a ser usado no projeto:

#include "U8glib.h"

U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NO_ACK);

//Pinos do arduino conectados as entradas de controle do demux
int a0 = 2;
int a1 = 3;
int a2 = 4;

//Função que contém os comandos gráficos do display 1
void draw0() {
  
  u8g.setFont(u8g_font_fur25);//Seleciona a fonte de texto

  u8g.drawStr( 30, 42, "Vida");//Escreve uma palavra no display
  
}

//Função que contém os comandos gráficos do display 2
void draw1() {
  
  u8g.setFont(u8g_font_fur25);

  u8g.drawStr( 40, 42, "de");
  
}

//Função que contém os comandos gráficos do display 3
void draw2() {
  
  u8g.setFont(u8g_font_fur25);

  u8g.drawStr( 20, 42, "Silicio");

}

void setup(void) {
  //Declara os pinos do arduino como saídas
  pinMode(a0, OUTPUT);

  pinMode(a1, OUTPUT);

  pinMode(a2, OUTPUT);

  //Para inicializar o display 1
  digitalWrite(a0, LOW);

  digitalWrite(a1, LOW);

  digitalWrite(a2, LOW);
  u8g.begin();

  //Para inicializar o display 2
  digitalWrite(a0, HIGH);

  digitalWrite(a1, LOW);

  digitalWrite(a2, LOW);
  u8g.begin();

  //Para inicializar o display 3
  digitalWrite(a0, LOW);

  digitalWrite(a1, HIGH);

  digitalWrite(a2, LOW);
  u8g.begin();

}

void loop(void) {
  //Combinação dos sinais de controle para o display 1 (em binário)
  digitalWrite(a0, LOW);

  digitalWrite(a1, LOW);

  digitalWrite(a2, LOW);

  //Bloco de comandos necessário para a escrita no display 1
  u8g.firstPage();
  do
  {
    draw0();//Chama a função que contém os comandos gráficos
  } while ( u8g.nextPage() );

  delay(500);

  //Combinação dos sinais de controle para o display 2 (em binário)
  digitalWrite(a0, HIGH);

  digitalWrite(a1, LOW);

  digitalWrite(a2, LOW);

  u8g.firstPage();
  do
  {
    draw1();
  } while ( u8g.nextPage() );

  delay(500);

  //Combinação dos sinais de controle para o display 3 (em binário)
  digitalWrite(a0, LOW);

  digitalWrite(a1, HIGH);

  digitalWrite(a2, LOW);

  u8g.firstPage();
  do
  {
    draw2();
  } while ( u8g.nextPage() );

  delay(500);

}

Colocando para funcionar

Veja como ficou o resultado final:

 

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Entendendo a fundo

Software

Para ter acesso a todas as funções que a biblioteca “U8glib” disponibiliza, consulte: https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/userreference

– Objeto SSD1306, 128×64 

U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NO_ACK);

Os displays utilizados neste projeto apresentam controlador SSD1306, contém 128 por 64 pixels e se comunicam com o arduino via protocolo I2C. Para verificar quais controladores e tamanhos de tela são suportados pela biblioteca, consulte: https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/device.

– Função .setFont()

u8g.setFont(u8g_font_fur25);

Esta função seleciona a fonte do texto que será impresso na tela do display. Para selecionar outra fonte de texto, consulte:

https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/fontsize

– Função .drawStr()

u8g.drawStr( 30, 42, "Vida");

Esta função possibilita a escrita de uma palavra no display.  Seus respectivos argumentos são: coordenada x, coordenada y e uma string.

– Função .begin()

u8g.begin();

Esta função é responsável por inicializar o OLED. É necessária utilizar-lá antes do comando de escrever no display.

– Função digitalWrite()

digitalWrite(a0, LOW);

Esta função escreve 1 (HIGH) ou 0 (LOW) no pino associado.

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Considerações finais

Em suma, os displays OLED possibilitam a exibição de imagens e caracteres com muita nitidez e por apresentarem uma biblioteca com uma infinidade de funções é possível exibir qualquer tipo de informação que se deseja. Neste tutorial, com o objetivo de aproveitar as inúmeras vantagens que estes pequenos displays proporcionam e possibilitar a exibição de uma maior diversidade de informações, aprendemos a utilizar mais de dois displays em paralelo com a ajuda de um pequeno componente, que é o demux.  

Espero que tenham gostado deste tutorial e não se esqueçam de deixar suas dúvidas, sugestões, críticas ou elogios nos comentários abaixo.