OLED SSD1306: чем пиксельный дисплей лучше LCD

Экран для самодельной метеостанции я в своё время выбрал по привычке: LCD1602 с переходником I2C, как в первом уроке про LCD. На столе всё выглядело прилично, но дача поправила меня за одну зиму: при минус пятнадцати верхняя строка вяла, цифры проступали по секундам, а подсветка, горевшая круглосуточно, съедала добрую половину бюджета батарейки. Позже я перевёл тот же прибор на OLED и понял: спор о том, какой дисплей лучше, — это спор не о качестве вообще, а о цене света в конкретном проекте.

В этом уроке разберём, чем пиксельный SSD1306 устроен иначе, чем знакомый HD44780: почему у него нет подсветки, куда девается контраст и сколько миллиампер стоит белый кадр. Дальше — таблица-приговор по восьми свойствам, история про выгорание, которую я заработал термостатом в котельной, и дежурный режим в симуляторе, который бережёт и шину, и глаза, и заряд.

Договоримся о базе: подключение по четырём проводам и первый текст на этом дисплее мы уже прошли в уроке про первый SSD1306, поэтому здесь железо останется фоном, а героями будут свойства экрана. И оговорка честности: почти каждое преимущество OLED ниже имеет границу применимости — я буду эти границы называть прямо.

Внутри OLED-матрицы под каждым пикселем сидит крошечный органический диод: подал ток — он засветился, убрал ток — погас. Никакой подсветки-лампы позади матрицы нет, экран сам себе лампа. Отсюда свойство, которое продаёт OLED лучше любого рекламного текста: чёрный пиксель — это диод без тока, он не светится вовсе. Производители ЖК гордятся статическим контрастом в сотни единиц; у OLED та же метрика уходит на порядки выше. Но вам она нужна не на бумаге, а на приборе: фон вокруг цифры виден именно чёрным, а не серым прямоугольником, в котором угадываются тёмные знаки.

Второе следствие той же физики — углы обзора. В ЖК кристаллы зажаты между поляризаторами, и картинка честна фронтально: смотришь сбоку — контраст уплывает, цвета выцветают. У OLED каждый диод излучает сам, и прибор читается почти из любого положения: я вешал дисплей под углом сорок пять градусов на стойке погодной станции — данные читаются с прохода, не подходя. Ручка контраста LCD, которую мы крутили в уроке про V0, от бокового взгляда не спасает: она правит уровни напряжения, а не физику стекла.

И третья мелочь из той же оперы — толщина. Без лампы и рассеивателя модуль 0.96 дюйма — плоская плитка высотой со спичечный коробок. Кажется, косметика, но когда экран уезжает в узкий корпус щитка, именно эти миллиметры решают, закроется ли крышка вообще. Заодно экран становится легче, и на подвижных частях — стрелках, поворотных кронштейнах — его держит один винт.

Типоразмеров на витрине три: 0.96 и 1.3 дюйма в формате 128×64 и вытянутый 0.91 дюйма на 128×32. Встречаются и двухцветные модули: верхняя треть горит жёлтым, остальные строки — голубым; для шапки прибора это красиво, но помните, что это не два независимых слоя, а матрица с жёстко размеченной по высоте зоной. Мелким шрифтом 6×8 на 128×64 помещается 21 символ в строке и восемь строк — то есть уже не индикатор, а экран прибора: таблица из шести значений, журнал событий, крупная цифра с подписью.

Теперь деньги. LCD1602 с переходником тратит на подсветку двадцать-тридцать миллиампер всегда, и выключить её из скетча нельзя — только перерезать дорожку или ограничить резистором; логика добавляет ещё пару миллиампер. У OLED счёт идёт иначе: потребление пропорционально числу горящих пикселей. Тёмный экран стоит единицы миллиампер, обычный дашборд с шапкой и парой цифр — порядка пяти-десяти, а кадр, залитый белым целиком, — уже пятнадцать-двадцать пять. Вилку я даю намеренно: точное значение зависит от выставленной яркости и от партии матрицы.

Из этого следует правило, которое я вывел на солнечном датчике температуры: OLED выгоден там, где экран тёмный большую часть времени. Строка данных раз в минуту батарейке почти ничего не стоит. И наоборот: прибор с постоянно светящимся полноэкранным интерфейсом теряет преимущество, а местами уходит в минус — лампа честнее пачки горящих пикселей. Считайте не дисплей как абстракцию, а вашу конкретную картинку: сколько пикселей в ней горит и как долго.

На батарейном питании работает и дежурный цикл: показываем данные три секунды, гасим экран на десять, будим кнопкой. Доля светящегося времени падает вчетверо, и вместе с ней падает средний ток. Схему такого цикла мы соберём в симуляторе ниже, а тайминг без delay возьмём из урока про millis — там разложено, почему паузы в loop стоят две строки, а не блокируют всё подряд.

Прикинем на батарейке. Питание от 18650 через стабилизатор — около двух ампер-часов. Прибор с постоянно горящей подсветкой LCD1602 съедает его за трое суток: тридцать миллиампер, умноженные на двадцать четыре часа. Тот же прибор на OLED с дежурным циклом из симулятора ниже держит средний ток в пределах пяти-семи миллиампер — это уже десять-двенадцать суток на том же аккумуляторе, без единой аппаратной хитрости. Я специально считаю в сутках, а не в часах: батарейный прибор оценивается долями суток, и разница между «показывать всё время» и «показывать десятую часть» — это разница между подзарядкой по выходным и раз в месяц.

Скорость. Органический диод включается и гаснет за микросекунды; жидкие кристаллы перекладываются за десятки миллисекунд — они вязкие, это не лампочка, а плёнка между стёклами. На статичных цифрах разницы вы не увидите, но как только на экране появится движение — бегущая строка, график, анимация из урока про графику, — LCD потянет за кадром серый след, а OLED отработает чётко. По этой причине часы с плавной секундной стрелкой я делаю только на пиксельных экранах.

Холод и солнце — по минусу на каждую сторону. Кристаллы LCD густеют на морозе: при минус пятнадцати мой уличный экран цифры не терял, но они проступали лениво, как сквозь сироп; у типовых HD44780 паспорт начинается с нуля. У OLED паспорт встречается до минус сорока, и поведение на холоде не меняется. Зато на прямом солнце OLED тонет: собственное свечение меркнет рядом с дневным светом, и картинку заливает засветкой. Щиток на воротах соседа смотрит фронтально на юг — там OLED оказался моей ошибкой, пришлось переезжать на LCD с яркой подсветкой.

Итоговое правило выбора у меня такое: прибор в помещении, батарейка, много зон и анимация — берём OLED; улица с прямым солнцем и розетка в шаге — LCD. Когда сомневаюсь, беру OLED 128x64: 21 символ на 8 строк мелким шрифтом против 32 знакомест у LCD1602 — по объёму информации он обходит шестнадцатисимвольный дисплей в два с лишним раза, а показания с DHT11 из урока про DHT11 этому объёму только радуются.

Что с этим делать на практике. Откройте таблицу выше и честно пройдитесь по вашему проекту: сколько пикселей горит одновременно, стоит ли прибор под солнцем, живёт ли он на батарейке месяцами. Три ответа из трёх в пользу OLED — берите не думая; хотя бы один в пользу LCD — экономьте себе зиму переделок, как сделал это я на воротах соседа.

Дальше по разделу — схема подключения с распиновкой и подтяжками, затем адреса и сканер I2C: путь от сравнения технологий до работающего на макетке экрана. А скетч дежурного цикла заберите в свою библиотеку: он один и тот же для метеостанции, часов и показометра на гаражной двери — меняются только пороги минут.

Проверить сравнение на живом приборе проще, чем кажется: подключите один и тот же датчик к двум макеткам — с LCD из раздела про LCD и с OLED из этого раздела — и погоните обе версии день на кухне. Вы увидите глазами то, что таблица показывает строчками: угол взгляда, реакцию на солнце из окна, привычность крупного шрифта. Пятнадцать минут сборки — и спор о том, что лучше, закрывается в вашем проекте не мнением из интернета, а вашим измерением.