Свои символы на LCD: createChar и значок градуса

Термометр на LCD я собрал за вечер, а значок градуса доводил ещё неделю. Классический HD44780 пишет латиницей и цифрами, но «C» без градуса рядом выглядит как обезличенная единица — хотелось «25°». Первая попытка была наивной: я нашёл в сети совет про lcd.write(223), поставил — и получил пустое место там, где обещали градус. Вторая — скопировала кусок чужого кода с lcd.print((char)0): вместо значка — белый прямоугольник. Только даташит на 40 страниц расставил всё: у контроллера есть постоянный знакогенератор с сотней готовых букв и отдельно — восемь ячеек, куда символы можно положить свои, побайтово, как рисунок.

В этом уроке разберём обе половины знакогенератора: что уже лежит в ROM и достаётся одним write, и как рисовать в CGRAM свои глифы через createChar — сердце, стрелку, свой градус. Заодно поймаем две классические ловушки с нулевым кодом и узнаем, почему весь этот трюк не живёт в симуляторе и что он там замещает.

Каждое знакоместо на экране — сетка 5 на 8 пикселей. Знакогенератор просто хранит, какие из этих точек закрашены: восемь строк по пять бит. Постоянная память (ROM) содержит готовую таблицу — латиницу, цифры, японскую катакану и набор значков; ваша плата почти наверняка говорит на кодировке A00, где под номером 223 (в шестнадцатеричном 0xDF) лежит градус. А ещё у контроллера есть оперативная CGRAM на восемь ячеек с номерами от 0 до 7: в них вы можете записать собственные восмёрки байтов, и номера слотов начнут вести себя как обычные символы — их можно печатать, вставлять в строки, двигать setCursor-ом.

Библиотека прячет грубую работу за двумя командами. lcd.createChar(номер, массив) копирует ваш массив из восьми байтов в CGRAM — это делается один раз в setup. lcd.write(byte(номер)) выводит слот на экран как символ. Каждый байт массива — одна строка глифа: байт с индексом 0 рисуется самым верхним, порядок сверху вниз, единицы в младших пяти битах закрашивают точки слева направо. Вся ваша оперативная память под глифы — 64 байта: меньше, чем одна строка журнала в ОЗУ Arduino, поэтому значки и хранят побайтово, а не картинками. Удобно проектировать на бумаге в клетку или в онлайн-редакторе пикселей: пять столбцов, восемь рядов, нолики и единицы. Массивы байтов для глифов — тот же инструмент, что мы изучали в уроке про массивы и журналы, просто здесь каждый бит на вес золота.

Две тонкости, на которых спотыкаются. Первая — нулевой слот: запись lcd.print((char)0) в Arduino часто печатает не глиф, а пустоту, потому что ноль внутри строковых функций означает конец строки. Правильный путь — lcd.write(byte(0)) с явным приведением типа, как в таблице выше; по той же причине многие сознательно начинают нумерацию слотов с единицы. Вторая — время жизни: CGRAM живёт, пока на дисплей подано питание, и lcd.clear() её не трогает, зато глубокая просадка питания или перетыкание шлейфа стирает содержимое. Мой порядок в setup поэтому такой: сначала lcd.init()/begin(), потом все createChar — и при странностях после «мигания света» значки просто перезаливаются той же процедурой.

Слоты — валюта, и её всего восемь. Я трачу их по правилу «один смысл — один слот»: градус и единицы измерения почти всегда доступны из ROM, значит слоты остаются для интерфейса — стрелка выбранного пункта, замочек, антенна, батарейка. В меню с курсором стрелка из CGRAM смотрится взросло по сравнению с текстовой «>», а на термостате из урока про гистерезис пара слотов уходит на огонёк нагрева и снежинку охлаждения.

Прежде чем отдавать слоты под градус, посмотрите в ROM: в стандартной кодировке A00 под номером 223 уже лежит готовый значок, и lcd.write(byte(223)) печатает его без всяких createChar — тот самый совет, который у меня сначала «не сработал», оказался верным, я просто ошибся платой: мой экземпляр был из партии с другой таблицей, и я это выяснил, напечатав подряд символы с 128 по 255 — своего рода таблицу кодов. Такой дамп стоит делать на любом новом дисплее: две строки по 64 символа через write в цикле, и вы точно знаете, что у вас в ROM, вместо предположений.

Теперь оговорка, которую я обещал: интерпретатор симулятора команды createChar не поддерживает — слоты и пиксельные глифы он не воспроизводит. Зато символ градуса он печатает честно, если отдать его как обычный текст: в скетче ниже значок идёт прямо в lcd.print строкой. Это текстовая имитация: на реальной плате то же место должно занимать lcd.write(byte(223)) либо собственный глиф из CGRAM, если ROM вашей партии оказался без градуса. Схема при этом настоящая: потенциометр на A0 задаёт температуру, map переводит показания в диапазон, как мы делали с термистором.

Если значок в симуляции не отрисовался на вашей раскладке клавиатуры, ничего не сломалось — это ограничение шрифта браузера, в коде символ всё равно один байт текста. На железе же правило одно: сначала дамп ROM, потом слоты. Не отдавайте CGRAM за то, что уже лежит в постоянной памяти, — восемь ячеек кончаются быстрее, чем кажется, особенно когда в интерфейсе появляются стрелки и иконки состояний. И выносите печать единиц в отдельную функцию: когда перейдёте на настоящую плату, заменить печать значка градуса на lcd.write(byte(223)) с тем же суффиксом можно будет в одном месте.

Своя иконка в знакогенераторе — это уже наполовину интерфейс, а не просто вывод. Дальше по маршруту два направления: углубляться в меню с курсором, где глифы работают как маркеры, или уходить в графическую лигу — в уроке про первый OLED SSD1306 пиксели настоящие, и ограничений в восемь слотов там нет. Для символьных дисплеев же запас прочности такой: латиница и цифры из ROM, интерфейсные значки из CGRAM, всё остальное — смыслом, а не пикселями.

Тройка про дисплеи на этом замыкается: контраст мы доверили ручке на V0, четырёхстрочный экран — адресной карте DDRAM, а знакогенератор — восьми слотам CGRAM и дампу ROM. С этим набором символический LCD перестаёт быть коробкой сюрпризов: любой странности находится имя — электрика, адресация или знакогенератор. Дальше решайте сами, что ближе: интерфейсы с курсором на том же железе или переход на графический OLED, где пиксель наконец становится по-настоящему вашим.