SPI 接口OLED 使用5V 信号驱动可能需要电平转换

这类OLED 模块一般都用I2C 驱动，此时信号电平用5V 好像也没什么问题，但是SPI 接口的OLED 使用5V 信号电平时可能完全不工作。

模块电路

以这种SPI 接口模块举例：

一般是叫做4 线SPI 接口，再加上VCC，GND 和复位信号，一共就是7 针，如果模块内置了RC 延时电路，复位信号可以不接。其中，SPI 标准的三根线里只用了SCLK（SCK） 和MOSI（SDA），因为OLED 芯片不支持读取数据，只能向它输出，MISO 不接。在标准的SPI 接口以外，OLED 芯片增加了一个DCX 或者DC 信号，用来在SPI 传送数据时选择传送的是数据还是指令，和1602 屏幕的RS 信号是一个功能。再加上片选信号CS，就是所谓的4 线SPI。

模块的电路原理图差不多是这样：

可以看到四根SPI 数据线是直连到芯片上的，而无论是SSD1306 芯片的数据手册还是模块的手册里都没提这些数据引脚有没有5V 耐受能力。手册里提到的只是常规的输入电压不超过供电电压，而供电电压是3.3V，所以按理说应该是没有5V 耐受能力的，如果有的话，比如nrf24 芯片，它的手册里会直接写出来，毕竟也是个功能。

使用5V 电平驱动的问题

供电电压是3.3V 就不用提了。使用5V 电平的I2C 驱动时没什么问题，因为I2C 是开漏驱动，上拉能力弱，类似这样：

下拉的能力比较强，上拉的时候5V 经过4.7k 上拉电阻，电流稍微大一点就会被拉低，所以到模块这边电压会降低。而SPI 接口就不一样了，如果是用单片机的硬件SPI 接口，信号输出引脚的模式可能是推挽输出，高电平输出能力强，直连芯片的结果就是把5V 直接送到OLED 芯片引脚上。实测的结果是Arduino 用5V SPI 驱动OLED 模块时，模块的3.3V 电源轨升高到了接近3.9V，屏幕也没反应，显然是引脚上的5V 信号电平倒灌到电源了，原理如下图：

很多芯片有类似这种结构的引脚保护电路，当引脚输入电压高于电源电压时，上侧的二极管导通钳位，所以5V 输入会经过一个二极管和3.3V 电源接通。由于电源电压过高，屏幕不能工作，实测的结果是OLED 模块的电荷泵好像出了问题，电容上没有升压。当然这种情况下OLED 芯片出什么问题都很正常，好在并没有烧了。

电平转换

情况就是这么个情况，这几个信号引脚必须做一下电平转换，也很简单，因为是纯输出的信号，直接用电阻分压就够了，为了简化电路，我用的是两个排阻，刚好四根线：

RN2 上输入5V 信号时，RN1 的输出电压是3.333…V。因为分压要用两个排阻，比较麻烦，也可以不用电阻分压，去掉RN1，直接SPI 引脚上串联限流电阻，限制它的驱动能力，阻值合适的话应该也凑合能用。

另外做了个大号排阻在面板上试了一下，没有问题。

除了硬件方案，也可以来软的。考虑一下I2C 驱动没问题的原因，就是单片机硬件SPI 接口强制使用推挽输出模式，驱动能力太强了。所以可以用软件SPI，接口模式设置为弱上拉，或者随便什么上拉驱动能力很弱的模式，这样一来5V 信号输出到OLED 芯片时被拉低，对3.3V 电源轨影响不大，OLED 模块能正常工作。