一、所选任务介绍

本项目针对 2026 Make Blocks 第二季设计挑战赛第一期"数字系统模块"主题中的任务4：I2C OLED 显示驱动模块开展设计。

任务要求如下：

• 采用 SSD1306 驱动芯片的屏幕进行设计；
• 分辨率 128 × 64 像素；
• I2C 接口，可通过电阻选择地址 0x3C / 0x3D；
• 支持 3.3V / 5V 供电（板载 LDO 降压）；
• 预留 4 Pin I2C 接口（VCC、GND、SCL、SDA）；

设计所用的主要器件需在 DigiKey 官网有货且正常售卖。

OLED（Organic Light-Emitting Diode）显示模块是嵌入式开发中最常用的人机界面元件之一。相较于传统段码 LCD，OLED 具有自发光、对比度高、视角宽、响应快、无需背光等优点，在可穿戴设备、仪表显示、DIY 项目中广泛使用。本模块可作为 MCU 开发的标准人机界面外设，方便地挂载到 STM32 / ESP32 / Arduino / 树莓派 等任意支持 I2C 的主控上。

二、设计方案介绍

本设计采用如下方案：

1. 显示面板：选用市售标准 0.96 寸 128×64 OLED 裸屏（COG 封装的 SSD1306 已绑定于玻璃面板内），通过 30pin 0.5mm 间距 FPC 连接座引出信号；
2. 驱动控制：SSD1306 以 COG 方式集成于面板，支持 I2C 接口，默认从地址 0x3C（SA0=0）；
3. 电源方案：输入 3.3V 或 5V 均可，板载 SC662K-3.3 LDO 将 5V 稳压到 3.3V 供 SSD1306 使用；若输入已为 3.3V，SC662K 压差极低（约 0.3V），输出约 3.0V 仍能正常工作；
4. I2C 地址可选：SSD1306 的 SA0 引脚（D/C# 脚在 I2C 模式下复用为地址选择位）通过两个 0Ω 焊盘二选一接到 GND 或 VCC，从而在 0x3C / 0x3D（7 位地址，PCB 丝印标注为 8 位地址 0x78 / 0x7A）之间切换，方便一条 I2C 总线上挂两个 OLED；
5. I2C 总线上拉：SDA、SCL 各通过 4.7kΩ 电阻上拉至 VCC；
6. 接口：2.54mm 排针 1×4（SDA / SCL / VCC / GND），方便面包板或杜邦线连接。

板上资源框图：

三、设计的模块介绍

1. 主要芯片选择：

本模块的核心驱动芯片选用 SSD1306（Solomon Systech 出品），选择理由如下：

• 高集成度：SSD1306 是一颗单片 CMOS OLED/PLED 驱动控制器，内部集成 128×64 位 GDDRAM 显存、对比度控制电路、DC-DC 升压电路（电荷泵）和振荡器，外围电路极少，非常适合小型模块化设计；
• 多接口支持：支持 I2C、SPI、6800/8080 并口等多种通信方式，本模块选用 I2C 模式，仅需 SDA/SCL 两根信号线即可通信，最大限度减少引脚数量；
• 低功耗：典型工作电流仅 10~20mA（取决于点亮像素数），休眠模式电流小于 10μA，适合电池供电的便携式应用；
• 广泛生态：SSD1306 在开源社区拥有极为丰富的驱动库支持（如 Arduino U8g2、MicroPython SSD1306、Linux I2C-dev 等），几乎所有主流 MCU 平台均有成熟示例代码。

板载 LDO 稳压器选用 SC662K-3.3（Semtech 出品，SOT-23 封装），压差约 0.3V，输出 3.3V，支持 3.3V~6V 输入范围，为 SSD1306 和 OLED 面板提供稳定的工作电压。

2. 模块功能：

• 通过 I2C 总线驱动 0.96 寸 128×64 像素单色 OLED 屏幕，实现文字、图形、图标等信息显示；
• 板载 LDO 支持 3.3V 和 5V 双电压输入，兼容不同主控平台的供电电压；
• I2C 地址可通过板载 0Ω 电阻选择（0x3C 或 0x3D），支持同一 I2C 总线上挂载两个 OLED 模块；
• 板载 4.7kΩ I2C 上拉电阻，无需外部额外上拉，即插即用；
• 标准 2.54mm 4Pin 排针接口（SDA/SCL/VCC/GND），兼容面包板和杜邦线连接。

3. 典型应用场景：

• 嵌入式开发调试：作为 STM32 / ESP32 / Arduino / 树莓派等 MCU 的标准人机界面外设，实时显示传感器数据、系统状态、调试信息；
• 可穿戴设备：低功耗 + 自发光特性使其非常适合手环、智能手表等穿戴场景；
• 仪器仪表：用于电子秤、温湿度计、电压表等小型仪器的数值显示；
• DIY / Maker 项目：天气站、桌面时钟、音量指示器、游戏机等创客项目；
• 教学实验：I2C 通信协议教学、嵌入式图形显示编程入门等。

4.主要器件 DigiKey 链接：

• SSD1306 OLED 0.96寸显示模块 DigiKey链接：https://www.digikey.cn/en/products/detail/adafruit-industries-llc/326/5353680
• SSD1306 OLED 0.66寸显示模块（Grove 接口）DigiKey链接：https://www.digikey.cn/en/products/detail/seeed-technology-co-ltd/104020248/15277459

5.管脚说明：

• Pin1 - SDA，I2C 数据线
• Pin2 - SCL，I2C 时钟线
• Pin3 - VCC，3.3V~5V 电源输入
• Pin4 - GND，地

6.供电兼容性说明：

四、原理图和 PCB 设计介绍

原理图

原理图主要包含四部分：

1. 电源模块：P1 的 VCC_IN 输入 → SC662K-3.3（U1）输入端；输入并联 C3（1μF）+ C4（100nF）去耦；输出并联 C1（1μF）+ C2（100nF）滤波后作为 VCC 电源供给 SSD1306；
2. I2C 接口模块：P1 的 SCL、SDA 线分别通过 R5、R6（4.7kΩ）上拉至 VCC；
3. 地址选择模块：SSD1306 的 SA0 通过 R1、R2（0Ω）二选一接到 GND（0x3C）或 VCC（0x3D），PCB 丝印标注 IIC ADDRS SELECT 方便选择；
4. OLED 连接器：30pin FPC 座（U2）引出 SSD1306 所需的 VDD / VBAT / GND / BS0~BS2 / RES# / D/C# / IREF / VCOMH 等信号，并在面板旁配置自举电容（C5~C11）。

PCB

• PCB 尺寸：约 30 × 30 mm（两层板）；
• 布局：OLED 面板区域居上，FPC 座位于面板正下方；电源 / I2C 上拉电阻 / 自举电容布置于 FPC 下方空余区域；2.54mm I2C 排针位于板子下边缘；
• 走线：I2C 信号线较短，直接走顶层；3.3V 电源走顶层，GND 通过铺铜形成完整地平面。

五、模块主要性能指标和管脚定义

性能指标

管脚定义（2.54mm 排针 1×4）

板上设置（地址选择）

六、心得体会

通过本次 Make Blocks 设计挑战赛第一期的任务，我完成了一个标准 I2C OLED 模块的原理图和 PCB 设计。主要收获包括：

1. 加深了对 SSD1306 驱动器工作原理的理解，尤其是 I2C 从地址切换、自举电容配置、VCC/VCC_IO 供电方式等细节；
2. 熟悉了原理图绘制、PCB 布局、器件封装导入、3D 模型渲染与导出流程；
3. 了解了 LDO 压差对 3.3V 直通场景的影响，本项目使用的 SC662K 压差已较低（约 0.3V），但仍可考虑 XC6206 等超低压差 LDO 进一步优化；
4. 体会到"模块化设计"思维的价值——以单一、通用、标准接口（I2C）的小模块搭建系统，比大板一体化更利于后续复用与调试。

后续可改进方向：

• 可考虑使用 XC6206-3.3 等超低压差 LDO（压差 <0.25V）进一步提升 3.3V 直供裕度；
• 增加 ESD 保护二极管到 I2C 线；
• 考虑增加 QWIIC / Stemma QT 接口以支持免焊插接。

意见和建议：

目前活动要求提交 KiCad 格式文件，但许多参赛者使用的是其余平台，两者之间的格式转换流程较为繁琐，建议后续考虑直接支持其余格式工程文件或者提供官方转换工具。