LCD 20x4: больше строк, тот же код

Погодную станцию на даче я вылизывал два вечера, а на третий заметил призрака. На экране 20x4 первая строка держала заголовок, третья — температуру, и иногда между ними всплывала каша: обрезок числа, который я не писал ни в одну из строк. Сначала грешил на помехи, потом на брак панели, а виноват оказался мой же Serial-лог, напечатанный на первую строку: часть строк журнала была длиннее двадцати символов, и хвост уходил не на соседнюю строку, как я считал по-человечески, а на третью — через одну. Дисплей делал ровно то, что приказывает ему его память, просто я эту память не читал.

Это главная тема урока: четырёхстрочный экран почти ничего не требует от вашего кода, но таит одну ловушку, о которой молчат большинство инструкций. Разберём, чем 20x4 отличается от 16x2 с точки зрения библиотеки, как задать размеры в обеих версиях — LiquidCrystal и I2C, — почему длинная строка перетекает именно на третье поле, и какие раскладки на четырёх строках работают без боли.

С точки зрения API разница между 16x2 и 20x4 умещается в числах. У I2C-варианта размеры задаются в конструкторе: LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4). У параллельного — в lcd.begin(20, 4): та же пара чисел, те же шесть проводов RS, E и D4–D7, что мы раскладывали в уроке про подключение без I2C. Всё остальное — setCursor, print, затирание пробелами — переезжает один в один, потому что библиотека лишь сообщает контроллеру геометрию, а рисует по-прежнему сам HD44780. Диапазоны запомнить просто: столбцы от 0 до 19, строки от 0 до 3, и setCursor(0, 3) — это левый нижний угол.

Интересное начинается в памяти дисплея. Знакоместа живут в DDRAM, и у экрана 16x2 её ровно столько же, сколько у 20x4 — 80 байт. У 16x2 половина невидимая: в каждой видимой строке 16 символов, а скрытых ещё по 24. Четырёхстрочному всё нужнее, но раскладывает их контроллер по своей внутренней логике, доставшейся от эпохи сорокасимвольных панелей: первая строка занимает адреса 0x00–0x13, вторая — 0x40–0x53, третья — 0x14–0x27, четвёртая — 0x54–0x67. То есть первая и третья строки лежат в памяти подряд, как один длинный кусок, и вторая с четвёртой — тоже.

Из раскладки адресов следует практический вывод, который стоит прожить руками: перетекание идёт через строку. Напечатайте на первую строку 21 символ — двадцатый останется на своём месте, а двадцать первый появится в начале третьей. Хвост второй строки уползает в начало четвёртой. Для односимвольного случайного текста это выглядит как порча данных, для систематического журнала — как «призрак» из моей истории. Лечится дисциплиной: длинные строки либо обрезаются до двадцати символов, либо печатаются с переносом вручную — по 20 позиций, с явным setCursor на нужную строку. Автопереноса, дружелюбного к человеку, в HD44780 не завезли.

Обратная сторона той же памяти — скрытые строки 16x2. Помните, что print длиннее шестнадцати символов на двухстрочном экране не пропадает, а уходит в невидимую зону? Мы это мельком затрагивали в первом уроке про I2C: текст пишется в DDRAM, просто не виден. На 20x4 такой комфорт исчез — любой символ сверх двадцати уже виден, но не там, где вы ждали. Считать длину строк до печати — не паранойя, а гигиена.

На двух строках интерфейс выживает за счёт компромиссов, а на четырёх появляется место для привычной структуры: заголовок сверху, данные в середине, статус внизу. Мой типовой шаблон — строка 0 под название прибора и режим, строки 1 и 2 под два-три одновременно читаемых значения, строка 3 под состояние: «работает», «ошибка», время до следующего события. Четыре пункта — это ещё и полноэкранное меню без прокрутки, о прокрутке подробно говорит урок про меню и курсор. Часы на 20x4 с датой и днями недели из урока про RTC DS3231 помещаются целиком, без сокращений до аббревиатур.

При обновлении четырёх строк по кругу правило затирания пробелами остаётся прежним, но растёт в цене: переписывать все 80 знакомест каждый цикл — значит дёргать дисплей заметно чаще. Прикиньте сами: цикл раз в 250 мс — это четыре сотни байтов через шину в секунду, хотя реально меняются два-три числа. Поэтому я держу два правила: стационарный текст (заголовки, подписи единиц) печатается один раз в setup, а в loop перерисовываются только цифры, и перед каждой цифрой стоит setCursor, а не lcd.clear(). Полное стирание — только при смене экрана-страницы. Про то, как выстроить обновление без delay и без мерцания, я писал в уроке про millis: дисплею всё равно, а батарейке и глазам — нет.

Маленькая честная оговорка к симуляции: движок раскладывает строки линейно — переполнение первой уехало бы во вторую. Настоящий контроллер с адресами 0x00 и 0x14 делает это иначе, через строку, поэтому тест на перетекание из note-блока проводите на железе. Геометрия 20 на 4, порядок строк и все позиции setCursor в симуляторе при этом соответствуют плате один в один.

Данные для четырёх строк удобно брать по-настоящему разные: температуру — из урока про DHT11, напряжение — с делителя, статус — из логики вашей программы. Больше строк — это не «больше той же мороки», а шанс расставить значения по своим местам, чтобы человек на даче читал экран с метра, а не всматривался.

Итог урока короткий: четыре строки — это одна строчка кода на входе и одна привычка на выходе, проверять, куда деваются символы за двадцатым столбцом. Адресная карта DDRAM выглядит как археология, но именно она объясняет и «призраков» на третьей строке, и скрытые поля 16x2. Следующий шаг в владении дисплеем — рисовать то, чего в знакогенераторе нет: значок градуса, стрелку, сердце. Про восемь слотов CGRAM и createChar — последний урок тройки.