Часы на OLED: крупный циферблат

После LCD-часов из прошлого урока я собрал второй прибор — на OLED 0.96, и с ходу напоролся на то, с чего надо было начинать: шрифт по умолчанию высотой 8 пикселов. С полуметра от экрана — читается, с трёх метров от дивана — серая полоска, в которой угадываются только двоеточия. Крупный шрифт включается одним вызовом setTextSize(2), но вокруг него куча мелочей, каждая из которых способна съесть вечер: символы растут вдвое, в строке помещается вдвое меньше знаков, setCursor после LCD-привычки ставит курсор мимо, а видеобуфер внезапно оказывается половиной всей оперативной памяти Arduino.

План такой: посчитаем геометрию пиксельного экрана, соберём крупный циферблат с мигающим двоеточием, оценим цену одного кадра по шине I2C и проверим, что 1024 байта буфера — честная цена за красивый экран. Экран я беру классический SSD1306 128x64 на адресе 0x3C — схема и первый текст на нём были в уроке про первый запуск OLED, базовые print и setCursor — в уроке про текст и курсор. Если ваш модуль вместо 0x3C отвечает на 0x3D — это тот же чип с другим выбором адреса, скетч ниже меняется одним аргументом.

Библиотека Adafruit_GFX рисует текст из матрицы 5×7 пикселов плюс колонка-зазор — итого 6×8 на символ. На 128 пикселов по горизонтали помещается 21 знак (128 / 6 = 21,3), по вертикали — 8 строк (64 / 8). Вызов setTextSize(2) масштабирует всё вдвое: символ 12×16, в строке 10 знаков, строк всего 4. Это не таблица ради таблицы — под каждый элемент циферблата сначала считаются пиксели, и только потом ставится курсор: строка, которая влезала с запасом, после удвоения шрифта упирается в край и обрезается молча.

Главная ловушка переезда с LCD: setCursor у OLED принимает пиксельные координаты (x, y), а не номера клеток. lcd.setCursor(4, 0) из прошлого урока и oled.setCursor(4, 0) — это разные места экрана: четыре пиксела слева — это почти самый край, а не четвёртая клетка. Правило, к которому я пришёл: для OLED каждая координата считается в пикселях от размеров шрифта, и только потом пишется в код. Мелкий шрифт при этом остаётся незаменимым для подписей — 21 знак в строке против 10 у крупного.

Если у вас модуль 128x32 — половина высоты — арифметика остаётся той же, но строк крупного шрифта всего две: циферблат занимает весь экран, и дата с температурой едут на одну строку мелким шрифтом. Такой модуль дешевле и тоньше, но привычка считать пиксели до печати становится не дисциплиной, а необходимостью: одна лишняя строка — и показания наезжают друг на друга. Я держал оба модуля рядом месяц и в итоге оставил 128x64: запас по вертикали окупается каждый раз, когда захочется добавить третью зону — статус будильника, погоду, счётчик.

Арифметика циферблата. Строка времени HH:MM:SS — восемь символов; при setTextSize(2) каждый шириной 12 пикселов, вся строка — 96. Центр: (128 − 96) / 2 = 16 — ровно столько отступаем слева, oled.setCursor(16, 20). Вертикаль: символ крупного шрифта высотой 16 пикселов, ставлю y = 20 — от верхнего края остаётся полоса в 20 пикселов под шапку, снизу — 28 под дату и температуру мелким шрифтом (8 пикселов на строку плюс запас). Все три зоны считаются до первой строчки кода — это дешевле, чем двигать их по экрану на живом приборе.

Двоеточие мигает по той же схеме, что и на LCD: секунда нечётная — вместо «:» подставляю пробел. Только реализация другая: у OLED строку времени я собираю целиком в String — z2(now.hour()) + разделитель + z2(now.minute()) + разделитель + z2(now.second()) — и печатаю готовую одним вызовом print. Один print на строку — не только аккуратность: каждая команда дисплею — это пакет по шине I2C, а чем меньше пакетов, тем короче паузы в loop. Функция z2 при этом возвращает String с ведущим нулём — 5 превращается в 05, и ширина строки не прыгает.

Две зоны на одной строке мелкого шрифта — рабочий приём: дату я прижал к левому краю с x = 0, температуру поставил в правый нижний угол setCursor(96, 56) — это шестнадцатая колонка мелкого шрифта (96 / 6). Лишь бы зоны не пересекались: наезд двух print на одни пиксели выглядит как каша, и лечится он только пересчётом координат, а не перезагрузкой. Мой расчёт на салфетке: дата из десяти знаков занимает колонки 0–9, температура из четырёх — 16–19, между ними пять пустых колонок буфера — запас есть, а значит, зона поместится и с минусовой температурой.

У SSD1306 нет знакогенератора: библиотека рисует всё в буфер ОЗУ размером 128 × 64 / 8 = 1024 байта — половина всей SRAM классической Uno (2048 байта). До вызова display() ни один пиксел не движется: clearDisplay, setCursor и print меняют только память, и лишь display() выгружает весь буфер на матрицу по I2C. Механика этого разделения разобрана в уроке про буфер и clearDisplay — здесь важна цена: 1024 байта при штатных 100 кГц шины — это порядка 90 мс тишины в loop, а после wire.setClock(400000) — около 25 мс.

Отсюда практический вывод: гонять кадры чаще десяти раз в секунду бессмысленно — шина не успеет. Мой ритм для часов: полный кадр раз в 500 мс, ровно под мигание двоеточия. Если проект вмещает ещё и датчики, кадр — удобный тактовый генератор: обновление экрана раз в полсекунды совмещается с опросом датчика в том же проходе, и всё живёт на millis-таймерах без единого delay() между кадрами. Сравнение по цене и скорости с клеточным LCD — в таблице OLED против LCD: там же цифры по потреблению, где OLED заметно прожорливее.

И про кириллицу, чтобы вы не наступили на мои грабли: в стандартной матрице 5×7 Adafruit_GFX кириллицы нет — латиница и цифры, всё. Надписи латиницей на циферблате — не лень, а свойство шрифта: русские слова потребуют u8g2 со своими шрифтами или самодельной матрицы. Для часов это не потери: HH:MM:SS и DD.MM интернациональны, а температуру я подписываю буквой C — она в шрифте есть. Проверьте заранее любой текст, который хотите вывести: если в нём русские буквы, план раскладки меняется до пайки.

Крупный циферблат собран: геометрия посчитана, двоеточие дышит, дата с температурой — снизу. Дальше — будильники: два независимых таймера DS3231 следят за расписанием сами и дёргают флаги без опроса времени в loop — на большой экран просится статусная строка ALARM. Ритм обновления кадра при этом логично перевести на millis-таймеры из урока про millis вместо delay — 500 мс между кадрами оставляют циклу кучу свободного времени. А когда будете выбирать экран для следующего прибора, сравнение OLED и LCD поможет честно: за пиксели платите памятью буфера и мА, за клетки — читаемостью на солнце и в ночи.