Arduino超级LCD、OLED显示库u8glib【二】图形设计

陶院新锐

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通过本文，你将学习到u8glib的工作原理，字体显示原理，还有一些画图函数，最后通过点阵中文字库获取字模，在液晶上显示中文汉字。

u8glib工作方式跟我们自己编写液晶驱动不同，通常，驱动液晶显示要先取字模，将点阵字模转换成字符序列，通过write命令把字符写入液晶的DDRAM，每次送8个比特，也就是八个像素点（不论并口、SPI、I2C接口差不多都这样）。传统方法在液晶上画东西比较费劲，要考虑覆盖、清除问题。u8glib采用不同的方式，虽然它操作起来如此方便，但它没有简单的使用内存缓冲，毕竟，内存对于单片机是非常珍贵的资源（缓存128x64像素要1K字节）！但如果我们把屏幕分成四块，比如左上、右上、左下、右下四部分。第一次，如果画图点在左上就把它缓存，不在则丢弃，这样完成一次完整的draw后，左上块儿就画好了，再把它批量送入液晶显示；接下来再循环3次draw，就完成了整个液晶的显示。于是，我们只用了原来1/4的缓存（256字节）就够了，代价是我们把屏幕画了4次！很多情况下，画图时间并不重要，即使画4次也在数十毫秒内，只要不是特别复杂的画图算法就行。综上，u8glib使用这种叫picture loop的技术，在简化作图和内存消耗上折中。对于大多数128x64的液晶，它分成8个page（page就相当于一个块儿），只需128字节内存，操作显示跟计算机上作图非常接近，大幅度简化了显示编程。

代码（draw函数）只需要关注如何显示内容（XBM示例）

 

在u8g示例中，这段代码就是重复调用draw()完成绘画，最后一页完成以后，nextPage()返回0。

注意，因为draw函数会多次调用，所以不要在draw函数中改变全局变量，也不要让draw运行的时间太长。

u8glib以屏幕左上角的点为零点坐标（x，y）=（0,0），此点跟计算机屏幕作图一致。

常用的绘图函数有以下一些，drawBox(), drawCircle(), drawEllipse(), drawFrame(), drawLine(), drawPixel(), drawTriangle() 等。望名知意就不解释了。

参考Reference：https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/userreference

接下来着重介绍一下drawStr()，之前用液晶显示文字，要先通过工具取出字模（大小不同要取多套），然后一点点在屏幕上显示出来。虽可以做成通用函数，但做字模工作量还是很大！u8glib内嵌英文字库，极大简化文字显示步骤。

参看Hellowold 程序draw函数，跟文字显示有两个函数，setFont设定字体，drawStr在哪里显示，后台完成其它复杂工作。

对于惜字（Flash）如金的Arduino（没那么夸张，但30K毕竟也不多），有必要研究一下drawStr的工作方式。示例中有两种字体，切换后发现字体osb21比unifont多出4K多，这就是u8glib不同字体之间的存储差别了，大字体消耗更多的Flash空间。

具体字体空间占用参考说明：https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/fontsize 选择合适的字体会节省很多存储空间。注意，字体显示是以字体左下角为起始坐标的。

u8glib字体概念非常复杂，如想深入了解，可参考font and string handling：https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/tstring 详细介绍英文字体的高度、宽度、对齐方式，以及如何获得字体高度、宽度等。

最后，介绍如何显示中文，中文显示是液晶主要功能之一。单片机几乎不使用矢量字体，计算忒复杂！点阵字体主要存储是问题，GB2312字库需要250KB之多，GBK更多，所以，通常处理方法是只存储显示文字，通过索引获取字模。这种麻烦的方法，直到字库芯片诞生，才彻底解决！

字库芯片通过SPI、I2C、串口等接口跟单片机通信，推荐SPI，因为——速度快！我采购的液晶上自带SPI接口字库芯片，这样可以先通过SPI接口从芯片中读出字幕，再液晶回显，充分发挥SPI的特点。可以跟液晶共用SPI数据接口，片选（CS）接额外一个IO，SPI的MISO用于数据传回MCU。

字库的访问方法大致有两种，第一种是输入地址，然后读取一个汉字的32字节点阵；还有一种是连续读，貌似这个用途不大，除了测试，谁会用字库顺序呢！ 我用的是JLX-GB2312标准字库，它汉字地址是这样计算的。

其中MSB是汉字的高字节，LSB是汉字的低字节，GB2312编码。关于字符编码可以参看我另一篇：Arduino串口显示中文字符，简述Unicode、GB2312、GBK、UTF-8之间的关系

字库文件的点阵式这样安排

但u8glib的drawBitmap是这样组织的

也就是要把列排序变成行排序（液晶本身通常是竖排序，所以字库大都竖排），必须要转置一下，转换代码有点复杂，需要16字节的缓冲（其实也可以不用缓冲，但那样计算太多，不如缓冲效率高）

不同汉字库获得地址算法不同，这个需要查文档。注意数字“L"结尾，用long类型计算。

为了方便显示字符串，用统一的函数完成中文、英文显示。

OK，至此，可以显示中文的液晶就做好了，注意中文表述方式，并不是直接用中文，详情参考 Arduino串口显示中文字符，简述Unicode、GB2312、GBK、UTF

代码下载戳 这里

参考：

u8glib显示原理（picture loop）：https://github.com/olikraus/u8glib/wiki/tpictureloop

使用bdf2u8g显示中文：http://www.makerlab.me/guides/9/articles/51