2.8. OLED ekran
Unos podataka
Uvod u OLED ekrane
Zahvaljujući tome, OLED ekrani imaju:
- vrlo dobar kontrast (crna je zaista crna),
- širok kut gledanja,
- malu potrošnju energije,
- tanku i jednostavnu konstrukciju.
Model koji koristimo (0.96", 128×64, I2C) može prikazivati tekst, jednostavne grafike, pa čak i animacije.
Prednosti u odnosu na LED diode i LCD 1602
Rad s OLED ekranom donosi puno više mogućnosti nego rad s pojedinačnim LED diodama ili klasičnim LCD 1602 ekranom.
U usporedbi s LED diodama:
- LED diode mogu samo svijetliti ili treptati;
- OLED omogućuje prikaz teksta, brojeva, ikona i grafike;
- S jednim ekranom možemo prikazati puno informacija odjednom.
Prednosti u odnosu na LED matrice 8×8:
- U usporedbi s LED matricama (npr. 8×8 ili većim), OLED nudi više slobode u prikazu informacija i jednostavnije programiranje složenijih sadržaja;
- LED matrica ima ograničen broj velikih točaka (piksela), dok OLED ima 128×64 sitnih piksela pa možemo prikazati čitljiv tekst, simbole, ikone i jednostavne slike;
- Na LED matrici je teže prikazati duže poruke ili detaljnije oblike, dok na OLED‑u lako ispisujemo više redaka teksta, kombiniramo različite veličine fonta i dodajemo grafiku;
Kod većih LED matrica često trebamo dodatne drivere i više pinova, dok OLED koristi samo dva signalna pina (I2C: SDA i SCL), pa ostaje više slobodnih pinova na Arduinu za senzore i tipkala; - OLED zaslon ima veći kontrast i bolju čitljivost pod različitim kutovima gledanja, što je praktičnije za sve upotrebe;
- Ovo znači da je OLED odličan izbor kada želimo “pravi mali ekran” za prikaz podataka, menija ili animacija, a ne samo svjetleće uzorke na matrici.
U usporedbi s LCD 1602:
- OLED ima veću rezoluciju (128x64 vs. 16x2 znakova);
- Možemo crtati slobodne oblike, linije i slike;
- Nema potrebe za dodatnim potenciometrom za kontrast;
- Koristi samo 4 pina (I2C), što pojednostavljuje spajanje.
Spajanje OLED ekrana na Arduino Uno
OLED ekran koristi I2C komunikaciju, što znači da trebamo samo četiri veze:
- VCC ⇒ 5V (ili 3.3V, ovisno o modulu)
- GND ⇒ GND
- SDA ⇒ A4 (Arduino Uno)
- SCL ⇒ A5 (Arduino Uno)
Važno je:
- provjeriti adresu uređaja (najčešće
0x3C), - paziti na ispravno spajanje SDA i SCL pinova.
Adafruit biblioteke
Za rad s OLED ekranom koristimo dvije ključne biblioteke:
Adafruit_SSD1306.h
Ova biblioteka je specifična za OLED ekrane s SSD1306 kontrolerom i omogućuje:
- komunikaciju s ekranom,
- upravljanje memorijom prikaza,
- slanje grafike na ekran.
Adafruit_GFX.h
Ovo je osnovna grafička biblioteka koja omogućuje:
- crtanje linija, pravokutnika i krugova,
- prikaz teksta različitih veličina,
- rad s koordinatnim sustavom (x, y).
Zajedno, ove dvije biblioteke omogućuju vrlo fleksibilan rad s ekranom – od jednostavnog ispisa teksta do kompleksnih grafičkih prikaza.
Rad s direktnim bufferom vs. Adafruit_GFX
OLED ekran interno koristi frame buffer – dio memorije u kojem je zapisan svaki piksel ekrana (ukupno 128×64 piksela). Kod direktnog rada s bufferom, program sam ručno mijenja pojedine bitove u toj memoriji kako bi upalio ili ugasio piksele.
To znači da:
- moraš ručno računati u kojem bajtu se nalazi određeni piksel,
- koristiti bit‑maske (&, |, «, ») za paljenje i gašenje piksela,
- sam implementirati funkcije za crtanje linija, krugova, teksta i sl.
Ovakav pristup je odličan za učenje kako ekran radi ispod haube, ali je spor za razvoj i sklon greškama, osobito za početnike koji se tek upoznaju s programiranjem.
Adafruit_GFX biblioteka dodaje sloj apstrakcije iznad tog buffera. Umjesto da ručno mijenjamo bitove, dobivamo gotove funkcije kao što su:
drawPixel(x, y, color),drawLine(x1, y1, x2, y2, color),drawRect(...),fillRect(...),drawCircle(...),setCursor(x, y),print(),println()za tekst.
Prednosti korištenja Adafruit_GFX biblioteke:
- Brži razvoj: fokus je na sadržaju (što prikazati), a ne na niskorazinskim detaljima (kako svaki piksel upaliti).
- Manje grešaka: biblioteka već ima provjerene algoritme za crtanje linija, krivulja, fontova itd.
- Prenosivost: isti kod za crtanje radi na više različitih ekrana (OLED, TFT, LED matrice) jer GFX nudi zajedničko sučelje.
- Čitljiviji kod: program je kraći i jasniji, što je posebno važno u edukativnom okruženju.
Za većinu školskih i hobi projekata praktičnije je koristiti Adafruit_GFX i Adafruit_SSD1306, a direktan rad s bufferom ostaviti za naprednije lekcije u kojima želoš dublje razumjeti kako nastaje slika na ekranu.
Vježba: Adafruit demo program
Za početak ćemo koristiti par gotovih demo programa koji prikazuje različite mogućnosti OLED ekrana.
Cilj vježbe je upoznati se s mogućnostima ekrana prije nego krenemo u izradu vlastitih projekata.
Spoji komponente prema ovoj shemi:
Hello, world!
Prva vježba ispisuje tekst Hello, world! na ekran i crta jednostavan pravokutnik.
// C++
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);
void setup() {
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(0,0);
display.println(F("Hello, world!"));
display.drawRect(0, 15, 60, 30, SSD1306_WHITE);
display.display();
}
void loop() {
}
OLED Demo program
U ovom programu možeš vidjeti kako:
- ispisati tekst na ekran,
- promijeniti veličinu i poziciju teksta,
- crtati osnovne oblike (linije, krugove, pravokutnike),
- ispisati slike na ekran,
- prikazati jednostavne animacije.
Unutar samog kôda se nalazi veći broj komentara, koji objašnjavaju što rade pojedini dijelovi programa.
// C++
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
// The pins for I2C are defined by the Wire-library.
// On an arduino UNO: A4(SDA), A5(SCL)
// On an arduino MEGA 2560: 20(SDA), 21(SCL)
// On an arduino LEONARDO: 2(SDA), 3(SCL), ...
#define OLED_RESET -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C ///< See datasheet for Address; 0x3D for 128x64, 0x3C for 128x32
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
#define NUMFLAKES 10 // Number of snowflakes in the animation example
#define LOGO_HEIGHT 16
#define LOGO_WIDTH 16
static const unsigned char PROGMEM logo_bmp[] =
{ 0b00000000, 0b11000000,
0b00000001, 0b11000000,
0b00000001, 0b11000000,
0b00000011, 0b11100000,
0b11110011, 0b11100000,
0b11111110, 0b11111000,
0b01111110, 0b11111111,
0b00110011, 0b10011111,
0b00011111, 0b11111100,
0b00001101, 0b01110000,
0b00011011, 0b10100000,
0b00111111, 0b11100000,
0b00111111, 0b11110000,
0b01111100, 0b11110000,
0b01110000, 0b01110000,
0b00000000, 0b00110000 };
void setup() {
Serial.begin(9600);
// Wait for display
delay(500);
// SSD1306_SWITCHCAPVCC = generate display voltage from 3.3V internally
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) {
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for(;;); // Don't proceed, loop forever
}
// Show initial display buffer contents on the screen --
// the library initializes this with an Adafruit splash screen.
display.display();
delay(2000); // Pause for 2 seconds
// Clear the buffer
display.clearDisplay();
// Draw a single pixel in white
display.drawPixel(10, 10, SSD1306_WHITE);
// Show the display buffer on the screen. You MUST call display() after
// drawing commands to make them visible on screen!
display.display();
delay(2000);
// display.display() is NOT necessary after every single drawing command,
// unless that's what you want...rather, you can batch up a bunch of
// drawing operations and then update the screen all at once by calling
// display.display(). These examples demonstrate both approaches...
testdrawline(); // Draw many lines
testdrawrect(); // Draw rectangles (outlines)
testfillrect(); // Draw rectangles (filled)
testdrawcircle(); // Draw circles (outlines)
testfillcircle(); // Draw circles (filled)
testdrawroundrect(); // Draw rounded rectangles (outlines)
testfillroundrect(); // Draw rounded rectangles (filled)
testdrawtriangle(); // Draw triangles (outlines)
testfilltriangle(); // Draw triangles (filled)
testdrawchar(); // Draw characters of the default font
testdrawstyles(); // Draw 'stylized' characters
testscrolltext(); // Draw scrolling text
testdrawbitmap(); // Draw a small bitmap image
// Invert and restore display, pausing in-between
display.invertDisplay(true);
delay(1000);
display.invertDisplay(false);
delay(1000);
testanimate(logo_bmp, LOGO_WIDTH, LOGO_HEIGHT); // Animate bitmaps
}
void loop() {
}
void testdrawline() {
int16_t i;
display.clearDisplay(); // Clear display buffer
for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
display.drawLine(0, 0, i, display.height()-1, SSD1306_WHITE);
display.display(); // Update screen with each newly-drawn line
delay(1);
}
for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
display.drawLine(0, 0, display.width()-1, i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(250);
display.clearDisplay();
for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
display.drawLine(0, display.height()-1, i, 0, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
display.drawLine(0, display.height()-1, display.width()-1, i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(250);
display.clearDisplay();
for(i=display.width()-1; i>=0; i-=4) {
display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, i, 0, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
for(i=display.height()-1; i>=0; i-=4) {
display.drawLine(display.width()-1, display.height()-1, 0, i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(250);
display.clearDisplay();
for(i=0; i<display.height(); i+=4) {
display.drawLine(display.width()-1, 0, 0, i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
for(i=0; i<display.width(); i+=4) {
display.drawLine(display.width()-1, 0, i, display.height()-1, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000); // Pause for 2 seconds
}
void testdrawrect(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=2) {
display.drawRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i, SSD1306_WHITE);
display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testfillrect(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<display.height()/2; i+=3) {
// The INVERSE color is used so rectangles alternate white/black
display.fillRect(i, i, display.width()-i*2, display.height()-i*2, SSD1306_INVERSE);
display.display(); // Update screen with each newly-drawn rectangle
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testdrawcircle(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=2) {
display.drawCircle(display.width()/2, display.height()/2, i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testfillcircle(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=3) {
// The INVERSE color is used so circles alternate white/black
display.fillCircle(display.width() / 2, display.height() / 2, i, SSD1306_INVERSE);
display.display(); // Update screen with each newly-drawn circle
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testdrawroundrect(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
display.drawRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
display.height()/4, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testfillroundrect(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<display.height()/2-2; i+=2) {
// The INVERSE color is used so round-rects alternate white/black
display.fillRoundRect(i, i, display.width()-2*i, display.height()-2*i,
display.height()/4, SSD1306_INVERSE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testdrawtriangle(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=0; i<max(display.width(),display.height())/2; i+=5) {
display.drawTriangle(
display.width()/2 , display.height()/2-i,
display.width()/2-i, display.height()/2+i,
display.width()/2+i, display.height()/2+i, SSD1306_WHITE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testfilltriangle(void) {
display.clearDisplay();
for(int16_t i=max(display.width(),display.height())/2; i>0; i-=5) {
// The INVERSE color is used so triangles alternate white/black
display.fillTriangle(
display.width()/2 , display.height()/2-i,
display.width()/2-i, display.height()/2+i,
display.width()/2+i, display.height()/2+i, SSD1306_INVERSE);
display.display();
delay(1);
}
delay(2000);
}
void testdrawchar(void) {
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1); // Normal 1:1 pixel scale
display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text
display.setCursor(0, 0); // Start at top-left corner
display.cp437(true); // Use full 256 char 'Code Page 437' font
// Not all the characters will fit on the display. This is normal.
// Library will draw what it can and the rest will be clipped.
for(int16_t i=0; i<256; i++) {
if(i == '\n') display.write(' ');
else display.write(i);
}
display.display();
delay(2000);
}
void testdrawstyles(void) {
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1); // Normal 1:1 pixel scale
display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text
display.setCursor(0,0); // Start at top-left corner
display.println(F("Hello, world!"));
display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE); // Draw 'inverse' text
display.println(3.141592);
display.setTextSize(2); // Draw 2X-scale text
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.print(F("0x")); display.println(0xDEADBEEF, HEX);
display.display();
delay(2000);
}
void testscrolltext(void) {
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2); // Draw 2X-scale text
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(10, 0);
display.println(F("scroll"));
display.display(); // Show initial text
delay(100);
// Scroll in various directions, pausing in-between:
display.startscrollright(0x00, 0x0F);
delay(2000);
display.stopscroll();
delay(1000);
display.startscrollleft(0x00, 0x0F);
delay(2000);
display.stopscroll();
delay(1000);
display.startscrolldiagright(0x00, 0x07);
delay(2000);
display.startscrolldiagleft(0x00, 0x07);
delay(2000);
display.stopscroll();
delay(1000);
}
void testdrawbitmap(void) {
display.clearDisplay();
display.drawBitmap(
(display.width() - LOGO_WIDTH ) / 2,
(display.height() - LOGO_HEIGHT) / 2,
logo_bmp, LOGO_WIDTH, LOGO_HEIGHT, 1);
display.display();
delay(1000);
}
#define XPOS 0 // Indexes into the 'icons' array in function below
#define YPOS 1
#define DELTAY 2
void testanimate(const uint8_t *bitmap, uint8_t w, uint8_t h) {
int8_t f, icons[NUMFLAKES][3];
// Initialize 'snowflake' positions
for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
icons[f][XPOS] = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
icons[f][YPOS] = -LOGO_HEIGHT;
icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
Serial.print(F("x: "));
Serial.print(icons[f][XPOS], DEC);
Serial.print(F(" y: "));
Serial.print(icons[f][YPOS], DEC);
Serial.print(F(" dy: "));
Serial.println(icons[f][DELTAY], DEC);
}
for(;;) { // Loop forever...
display.clearDisplay(); // Clear the display buffer
// Draw each snowflake:
for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
display.drawBitmap(icons[f][XPOS], icons[f][YPOS], bitmap, w, h, SSD1306_WHITE);
}
display.display(); // Show the display buffer on the screen
delay(200); // Pause for 1/10 second
// Then update coordinates of each flake...
for(f=0; f< NUMFLAKES; f++) {
icons[f][YPOS] += icons[f][DELTAY];
// If snowflake is off the bottom of the screen...
if (icons[f][YPOS] >= display.height()) {
// Reinitialize to a random position, just off the top
icons[f][XPOS] = random(1 - LOGO_WIDTH, display.width());
icons[f][YPOS] = -LOGO_HEIGHT;
icons[f][DELTAY] = random(1, 6);
}
}
}
}
Pitanja za razmišljanje:
- Zašto misliš da OLED ekran troši manje energije kada prikazuje crni ekran nego bijeli?
- Koje vrste projekata bi više imale koristi od OLED ekrana, a koje od LED matrice 8x8? Navedite barem jedan primjer za svaki.
- Zašto je korisno koristiti gotove biblioteke poput Adafruit_GFX umjesto da sve pišemo od nule? Kada bi ipak bilo dobro raditi bez biblioteka?
- Što se događa u pozadini kada u programu pozovemo
display.display()(ili sličnu funkciju)? Zašto slanje slike na ekran ne radimo nakon svakog pojedinačnog crteža? - Zašto misliš da su koordinate na ekranu zapisane kao (x, y), gdje x raste prema desno, a y prema dolje? Možeš li zamisliti drugačiji koordinatni sustav?
- Kada bismo prikazivali podatke sa senzora (npr. temperaturu), što je bolje: ispisivati samo broj ili dodati i neku malu ikonu? Zašto?
Dodatna pitanja i zadaci:
- Osmisli tri različita načina prikaza istog podatka (npr. temperatura, broj koraka, rezultat igre) na OLED ekranu:
- samo tekst,
- tekst + ikona,
- jednostavan graf (npr. stupac, traka napretka).
- Nacrtaj na papiru (ili programu za crtanje) kako bi izgledao mali status ekran za tvoj zamišljeni projekt (npr. pametna kućica, igra, pedometar). Označi gdje bi bili tekst, gdje ikone i zašto baš tamo.
- Razmisli kako bi isti projekt izgledao na:
- jednom LED-u,
- LED matrici 8x8,
- OLED ekranu.
Napiši što je lako, a što teško prikazati u svakoj varijanti.
- Zamisli da imaš samo 3 sekunde da netko pogleda OLED ekran. Kako bi dizajnirao prikaz da osoba u te 3 sekunde shvati najvažniju informaciju?
Napredniji zadaci (za one koji žele još više):
- Pokušaj osmisliti algoritam (opis riječima ili pseudokodom) koji bi mogao scrollati tekst preko ekrana s desna na lijevo. Koje varijable bi koristio i što bi se moralo događati u svakoj iteraciji petlje?
- Zamisli da ekran ima dvostruki buffer (dva spremnika slike). Zašto bi to moglo pomoći kod animacija? Što bi bio nedostatak takvog pristupa?
Što smo naučili?
- Što je OLED ekran i kako radi,
- koje su njegove prednosti u odnosu na LED diode i LCD,
- kako ga spojiti na Arduino Uno pomoću I2C komunikacije,
- kako koristiti Adafruit biblioteke za upravljanje ekranom,
- kako prikazati tekst i grafiku koristeći demo program.