invertDisplay и dim: экран, который не слепит ночью

Экран прибора живёт в одной комнате с вами, и ночью это выясняется жёстким способом. Полночь, темнота, а на полке светится белая табличка: шапка, логотип, две строки статуса — ночью она работает ночником, только некрасивым. Я привык снижать яркость на всём, что имеет подсветку, и первым делом полез искать то же самое у SSD1306 — а нашёл две разные команды и одну распространённую путаницу, которая ночью бьёт по глазам сильнее любого заводского дефолта. Тонкость тут в том, что у OLED нет подсветки, которую можно было бы притушить ШИМом, как у LCD, — приглушать приходится саму панель, и то, как это устроено внутри, не так очевидно, как кажется.

Путаница выглядит так: «сделаем экран потемнее — инвертируем, будут чёрные буквы на белом». Ровно наоборот. Инверсия превращает тёмный фон в сплошное белое поле, и в тёмной комнате такой экран слепит, как фонарик. Настоящий ночной режим собирается из чёрного фона, минимума светящихся пикселей и приглушённого контраста — а инверсия инструмент противоположной ситуации, яркой. Обе команды живут в одной библиотеке и вызываются одной строкой, но ведут себя настолько по-разному, что их постоянно путают местами — и цена путаницы видна ночью сразу. Как обе устроены внутри и где их место — сейчас разберём.

display.invertDisplay(true) — это команда самому контроллеру SSD1306, а не операция над вашим кадром: в буфере ничего не меняется, меняется трактовка каждого бита при выводе на матрицу. В коде библиотеки это посылка 0xA7 вместо нормального 0xA6 — тот же канал, что и у begin, который мы проходили в уроке про первый запуск экрана. Действует мгновенно: следующий же display() выйдет наоборот, а если display не вызывать вовсе — панель останется с прежним кадром, но инвертированным. Технически панель хранит один бит на пиксель и при выводе читает его либо как есть, либо наоборот: перекрашивать экран вручную не нужно, контроллер делает это сам на каждой развёртке, тактов процессора команда не отнимает. Отменяется только парным вызовом invertDisplay(false), и на этом удобно строить акценты: подмигнуть всем экраном, показать аварийный режим, добавить контраста на солнце.

Вторая близкая команда — dim(bool). Внутри библиотеки это SETCONTRAST: dim(true) шлёт панели нулевой контраст, dim(false) возвращает рабочее значение 0xCF. Ступеней две — это важно понимать заранее: плавной регулировки яркости у команды нет, и «полутёмный» режим из неё не выжать. И проверьте эффект на своём модуле в первую неделю: жалобы на «dim не работает» в половине случаев заканчиваются не кодом, а клоном на другом контроллере. Провода до экрана те же два, что описаны в уроке про схему подключения, новых цепей ночной режим не требует — всё решается кодом.

Разбор скетча начнём с порогов, потому что именно здесь схемы бьют чаще всего. Порог включения ночи — 300, выключения — 500: две сотни единиц зазора нужны нарочно, чтобы режим не дребезжал на границе. Фоторезистор в делителе плавает на десятки единиц от одних и тех же сумерек: облако, фара за окном, рука, заслонившая датчик при сборке. С одним порогом такая схема мигает режимами десятки раз за вечер; с парой порогов она переключается один раз и держится. Тот же приём со зазором в сотню-другую единиц я потом переносил на термостаты и полив — везде, где решение принимается по плавающей величине.

Вторая деталь — проверка раз в 200 мс по millis: loop между проверками свободен, и в него же однажды встанут кнопки и связь. Третья — печать команд в Serial: dim(true) и invertDisplay ничего не возвращают, и без лога вы не узнаете, что скетч вообще зашёл в ветку ночи. Такие принты я держу до конца испытаний прибора — потом они спасают при разборе «почему ночью всё погасло», и чаще всего ответ оказывается в одной из напечатанных строк.

Почему ночью инверсия вредна, объясняет физика панели. SSD1306 сам светится: каждый белый пиксель — отдельный источник со своим током, чёрный не жжёт ничего. Полностью белый кадр 128×64 — это тысячи горящих точек и ток порядка двух десятков миллиампер; почти чёрный экран ест единицы. Разница в десять раз — и всё решается тем, сколько белого вы нарисовали. Инвертированный кадр превращает тёмный фон в белое поле из тысяч светящихся точек — в темноте это не приглушённый режим, а переносица через секунду. Настоящий ночной экран собирается наоборот: чёрный фон, минимум белых пикселей — одна короткая строка вместо шапки и логотипа — плюс dim(true), уводящий контраст вниз. Экономия тут тройная: глаза, ток и ресурс панели — заливки белым старят OLED быстрее всего, арифметика старения считалась в уроке про питание и выгорание.

Полутонов у панели нет: пиксель либо горит, либо нет. «Серый» можно только изобразить — шахматным узором из редких точек; я пробовал ровно один раз: с дистанции полуметра узор сливается в серость, вблизи — рябь, и второй попытки идея не получила. Если хочется промежуточной яркости, честнее уменьшить количество белого на экране, чем выдумывать полутона.

Отдельно держите в голове разницу между инверсией экрана и инверсией строки. Для выделенного пункта меню панельную команду никто не трогает — вместо этого зона закрашивается fillRect, а перед печатью строки цвета меняются местами: setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE) рисует тёмные буквы на белом фоне. Координаты закраски — те же, что и у текста: fillRect(0, 16, 128, 16, SSD1306_WHITE) накрывает строку двойки по всей ширине, и высота 16 совпадает с высотой ячейки двойки — совпадение удобное, я им пользуюсь в каждом меню. Это операции над буфером: кадр каждый раз пересобирается и уходит целиком, механика — та же, что в уроке про clearDisplay. Навигация по подсвеченным строкам собрана в уроке про меню на кнопках.

Панельная инверсия на это не годится: она переворачивает весь кадр сразу. Переключить invertDisplay перед одной строкой и вернуть обратно после — технически можно, но вы получите два лишних обмена с панелью и мигание на медленной шине; буферная перекраска бесплатна и предсказуема. Плюс у неё есть бонус: подсветку выделения можно делать любой ширины — от одного символа до всей строки — и сдвигать по строкам без единого обращения к панели.

Три детали, о которые я спотыкался сам. Первая: обе настройки — состояние панели, они переживают clearDisplay и display(); отменять их надо явным вызовом с false, а после сброса платы begin возвращает заводской режим заново. Вторая: dim меняет контраст, а не «яркость подсветки» — подсветки у OLED нет, и ожидание выключателя заканчивается недоумением; полностью тёмным экран делают только ноль белых пикселей. Третья: клоны на контроллере SH1106 капризничают и с текстом, и с командами — если dim выглядит как ноль эффекта, сначала проверьте смещение кадра, как в уроке про SH1106, а потом уже ищите причину в контрасте.

И правило таймингов: проверку освещённости я держу на millis-таймере с шагом 200 мс — чаще незачем, освещённость меняется медленнее, а каждый лишний analogRead только добавляет шума в решения по порогам. И помните, что режимы переключаются парами порогов, а не одним числом: гистерезис из скетча выше — не украшение, а условие жизни схемы у окна.