Прогресс-бар на LCD: свои символы в деле

Контроллер долива аквариума я отдал отцу и через неделю получил первый запрос на доработку: проценты на экране — это хорошо, но «глаза не цепляются», хочется полоску, как на телефоне. Первая версия бара была честной, но уродливой: я печатал строку из решёток — сколько процентов, столько и символов. Выглядело это рвано: буква решётки уже знакоместа, между клетками просвечивали щели, а на краях бар «дышал», потому что целые клетки прибавлялись в неудачных местах. Хотелось настоящих сплошных клеток — а они есть: у HD44780 каждая клетка экрана — это глиф, который можно перерисовать под себя.

В этом уроке соберём классический горизонтальный прогресс-бар на LCD 16x2: шестнадцать клеток, каждая — свой символ с частичной заливкой, шаг точности — один столбец пикселей, то есть 1,25 % на весь экран. Материал опирается на предыдущий урок про createChar: там мы разобрали, как устроены слоты CGRAM и почему нулевой слот печатают только через write. Здесь пойдём дальше — от отдельных значков к целой линейке глифов, которые работают согласованно, как один прибор.

Железо подойдёт любое: экран по I2C или по параллельной шине из урока про шесть проводов — код бара отличается только конструктором дисплея. В симуляторе соберём I2C-вариант: движок рисует дисплей сам из кода, а старт процесса назначим кнопке. Сразу оговорюсь про тренажёр: пиксельные глифы он не рисует, поэтому бар там собран из символов-заместителей, но вся логика подсчёта клеток в нём настоящая.

Начнём с арифметики, потому что она определяет, насколько гладким получится бар. Каждое знакоместо — сетка 5 на 8 пикселей, значит строка 16x2 — это 16 умножить на 5, то есть 80 столбцов. Растягиваем 100 % на всю строку — и один столбец пикселей стоит 1,25 %, вдвое точнее, чем целая клетка. На двадцатиколоночных панелях математика сходится идеально: 20 на 5 — ровно 100 столбцов, по одному на процент, никакой дроби.

Слотовая бухгалтерия такая: клетка бара бывает пустой, частичной и полной. Пустая и четыре степени частичной заливки — это пять глифов, которые мы зальём в слоты 0–4 командой createChar — те же массивы байтов, что складывались в уроке про массивы и журналы. Полная клетка слота не тратит: сплошной блок уже лежит в ROM знакогенератора под кодом 255, и lcd.write(255) печатает его без всякой подготовки. Итого бар съедает пять слотов из восьми — если рядом живут градус и стрелки из меню с курсором, раскладывайте слоты заранее, иначе на пятом значке упрётесь в потолок.

Разберём сердце скетча — переменную v. Мы идём по клеткам слева направо и в каждой спрашиваем: сколько её столбцов уже «оплачено» процентами? Из общего числа столбцов cells вычитаем пять столбцов на каждую пройденную клетку — и получаем заливку текущей. Всё, что больше четырёх, — полная клетка, ноль и меньше — пустая, между ними — частичная, и она может быть только одна, на фронте бара. Частичные слоты печатаются строго через lcd.write(byte(v)): нулевой байт внутри print обрывается как конец строки, эта грабля уже ждала нас в уроке про знакогенератор. Если экран — 20x4, формула не меняется: в двух местах скетча 16 и 80 заменяются на 20 и 100, и бар получает шаг ровно в один процент.

Второй вопрос — темп обновлений. Перерисовка одной строки по шине I2C на 100 кГц занимает порядка 10–15 мс: на каждый символ в четырёхбитном режиме уходит несколько байтов шины. Поэтому обновлять бар чаще, чем раз в 50 мс, бессмысленно — глаз не увидит, а шина будет занята. Правило то же, что и в уроке про millis вместо delay: дисплей обновляют, когда изменились данные, а не каждый проход loop. Полная перерисовка строки поверх старой картинки при этом безопасна — стирать экран отдельно не нужно.

Интерпретатор тренажёра команды createChar не поддерживает: слоты и пиксельные глифы он не воспроизводит — эта оговорка была ещё в уроке про свои символы. Поэтому бар в симуляторе собран из символов-заместителей: заполненные клетки печатаются решётками, пустые — прочерками. Логика при этом один в один с настоящим скетчем: считаем заполненные клетки от процентов и печатаем их по одной, остаток затираем. Когда перенесёте код на реальную плату, замените две строки печати на write(byte(n)) из блока кода выше — и вместо решёток появятся честные клетки с частичной заливкой.

Кнопка на D2 запускает процесс: нажмите её в интерфейсе тренажёра и следите за второй строкой — шаг прогресса идёт каждые 120 мс по millis, весь цикл занимает около шести секунд. После финиша нажмите кнопку снова — процесс перезапустится, и вы увидите, как частичная клетка аккуратно перестраивается с хвоста на хвост. Проценты печатаются с запасом пробелов: без хвостов двузначное число после трёхзначного оставило бы прилипший ноль.

Где такой бар пригодится первым делом: заряд и разряд аккумулятора, налив бака, копирование в EEPROM постранично, проход по шагам длинной процедуры. Тот же бар живёт и на параллельной схеме: поменяйте шапку — конструктор LiquidCrystal вместо I2C-версии и begin вместо init — и логика останется один в один. В I2C-варианте весь вывод уходит через переходник с чипом-расширителем — как он устроен внутри и почему от него зависят адреса 0x27 и 0x3F, разбираем в следующем уроке про PCF8574. Бар при этом не меняет ни строчки: библиотека прячет шину за тем же print и write.

Моё правило по интерфейсу: на 16x2 я всегда печатаю процент цифрой под баром — полоска даёт динамику, цифра точность, вместе они читаются мгновенно. На 20x4, где столбец стоит ровно один процент, цифра уже лишняя: бар самодостаточен. Вертикальные бары для уровней громкости или сигнала собираются из тех же байтов, повёрнутых на девяносто градусов — заливка снизу вверх, и это отличное упражнение на понимание порядка бит в байте.