【实例演示】ESP8266+U8g2库，玩转OLED显示

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码农爱学习 发表于 2022/03/20 20:05:59 2022/03/20
【摘要】 本篇介绍了ESP8266的引脚定义以及U8g2库在OLED的使用基础，并重点介绍了U8g2库的各种画图函数。

上篇文章，介绍了ESP8266在Arduino IDE中的基础使用方法，本篇，来继续学习OLED显示屏如何使用ESP8266来控制。

1 ESP8266引脚

首先来看一下ESP8266的引脚定义，因为本篇需要外接OLED，就要先看看ESP8266具有哪些功能的引脚。

ESP8266的引脚定义如下：

可以看出，ESP8266的功能引脚包括：

  • 3个串口：TXD、RXD

  • 2个SPI接口：MOSI、MISO、SCLK、CS

  • 1个IIC接口：SDA、SCL

  • 多个数字输入/输出接口：D1~D8

  • 1个模拟输入/输出接口：A0

2 OLED简介

OLED模块的尺寸多种多样，比较常用的是0.96寸的矩形的，也有其它尺寸的OLED。

此外，屏幕的接口，一般有IIC接口和SPI接口两种。加上电源，IIC接口需要4根线，而SPI接口需要6根线，IIC的通信比SPI通信慢，但4线接线更方便。

本篇使用最为常用的0.96寸的OLED，分辨率128x64，黄蓝双色。

注意这里的双色，不是值一个像素点可以显示两种颜色，而是屏幕的上部1/4只能显示黄色，下部的3/4只能显示蓝色，并且黄色和蓝色之间，不是紧密靠在一起的，而是有约一个像素点的间隙。

3 U8g2库简介与安装

3.1 U8g2库简介

U8g2 是一个用于嵌入式设备的单色图形库。U8g2支持单色OLED和LCD，并支持如SSD1306等多种类型的OLED驱动。

U8g2源码的开源库地址：https://github.com/olikraus/u8g2

U8g2专为Arduino提供的方便安装的库地址：https://github.com/olikraus/U8g2_Arduino

想要研究U8g2源码的可以看看这里的源代码，C和C++写的。

比如画直线这个函数和具体实现如下：

3.2 U8g2库安装

和上篇介绍ESP8266库的安装类似， U8g2库的安装也有两种方式:

  • 在线安装

在线安装，在Arduino IDE的菜单的“项目->加载库->管理库”中搜索u8g2后安装即可，对网络环境要求较高

  • 源码安装

将U8g2专为Arduino提供的库(https://github.com/olikraus/U8g2_Arduino)整个下载下来，然后还是在Arduino IDE的菜单的“项目->加载库”中选择“添加.ZIP库...”，然后选到你刚下载的U8g2_Arduino源码文件夹后即可安装，也十分的方便。

3.3 U8g2库的基础使用

使用U8g2库进行OLED的显示十分简单，首先要包含两个库，U8g2lib和Wire，后者是IIC通信需要用。

对于IIC接口的OLED，需要在程序中指定一下引脚的接口定义，如果是SPI接口，可以参考U8g2库自带例程中SPI接口是使用方法。

然后在Ardunio的setup中进行u8g2的初始化。

最后在Ardunio的loop中就可以编写自己的逻辑了。

另外，U8g2库在loop中的通用写法是使用do{}while()的形式：

  u8g2.firstPage();
  do
  {
    //自己的的逻辑
  } while (u8g2.nextPage());
  delay(1000);

一个简单的HelloWord在OLED中的显示如下：

#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
​
#define SCL 5
#define SDA 4
​
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /*clock=*/SCL, /*data=*/SDA, /*reset=*/U8X8_PIN_NONE);   
​
void setup()
{
  u8g2.begin();
  u8g2.enableUTF8Print(); // enable UTF8 support for the Arduino print() function
}
​
void loop()
{
  u8g2.setFont(u8g2_font_unifont_t_symbols);
  u8g2.firstPage();
  do
  {
    u8g2.setCursor(0, 15); //指定显示位置
    u8g2.print("Hello World!"); //使用print来显示字符串
  } while (u8g2.nextPage());
  delay(1000);
}

注意，setCursor(0, 15)，是将画图位置移动到x=0，y=15处，然后以这个点的右上区域进行字符串的显示，这样看起来就是显示在OLED的第一行，如果你设置setCursor(0, 0)，字符串实际是到屏幕外面了，不会显示！

4U8g2常用API函数

4.1 基础设置

  • setFont(font) 设置字体

    • font：u8g2的字体，比较常用的有u8g2_font_unifont_t_symbols(通常使用这个)和u8g2_font_wqy12_t_gb2312b(用于显示汉字)等

  • setFontMode(num) 设置字体背景颜色模式

    • num：启用(1)透明模式

    • num：禁用(0)透明模式

  • setDrawColor(color) 设置所有绘图函数的位值

    • color：0(显示RAM中的清晰像素值)

    • color：1(设置像素值)

    • color：2(异或模式)

4.2 画像素点

  • drawPixel(x,y)

只有指定位置即可显示像素点，比如把所有的点都显示出来：

//画像素点-填充屏幕
void testDrawPixelToFillScreen()
{
  int t = 1000;
  u8g2.clearBuffer();
​
  for (int j = 0; j < 64; j++)
  {
    for (int i = 0; i < 128; i++)
    {
      u8g2.drawPixel(i, j);
    }
  }
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

效果如下面的右图：

注意测试程序中，我定义了一个宏定义，用于延时显示每一次的画图，方便观察OLED的显示过程：

#define SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(ms)\
  do {\
    u8g2.sendBuffer(); \
    delay(ms);\
  }while(0);

可以指定延时时间，如500毫秒或1000毫秒等。

4.3 画直线

  • drawLine(x0,y0,x1,y1) 画一条线

    • x0,y0线的起点

    • x1,y1线的终点

  • drawHLine(x,y,w) 画一条水平线

    • x,y线的起点

    • w水平线的长度（宽度）

  • drawVLine(x,y,h) 画一条竖直线

    • x,y线的起点

    • h竖直线的长度（高度）

测试函数：

//画直线
void testDrawLine()
{
  int t = 500;
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(33, 14, "drawLine");
​
  u8g2.drawLine(0, 0, 127, 63);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawLine(0, 0, 127, 0);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawLine(32, 15, 127, 15);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawLine(33, 16, 127, 16);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawLine(127, 0, 127, 15);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawLine(127, 16, 127, 63);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

显示效果如下面的左上图：

4.4 画空心/实心(圆角)矩形

  • drawFrame(x,y,w,h) 绘制一个空心框

  • drawBox(x,y,w,h) 绘制一个实心矩形

  • drawRFrame(x,y,w,h,r) 绘制一个空心框(圆角)

  • drawRBox(x,y,w,h,r) 绘制一个实心矩形 (圆角)

    • x,y起点坐标

    • w,h框的宽度和高度

    • r圆角的半径

测试函数：

//画空心圆角矩形
void testDrawRFrame()
{
  int t = 500;
  int x = 16;
  int y = 32;
  int w = 50;
  int h = 20;
  int r = 3;
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(0, 15, "drawRFrame");
​
  u8g2.drawRFrame(x, y, w, h, r);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawRFrame(x+w+5, y-10, w-20, h+20, r);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

显示效果如下面的右下图：


4.5 画空心/实心圆

  • drawCircle(x,y,rad,opt) 绘制一个空心圆

  • drawDisc(x,y,rad,opt) 绘制一个实心圆

    • x,y为圆心坐标

    • rad为圆的半径

    • opt为选择画的部分，分为：

      • U8G2_DRAW_UPPER_RIGHT（右上）

      • U8G2_DRAW_UPPER_LEFT（左上)

      • U8G2_DRAW_LOWER_LEFT（左下）

      • U8G2_DRAW_LOWER_RIGHT（右下）

      • U8G2_DRAW_ALL（全部）

空心圆

//画空心圆
void testDrawCircle()
{
  int t = 500;
  int stx = 0;  //画图起始x
  int sty = 16; //画图起始y
  int with = 16;//一个图块的间隔
  int r = 15;   //圆的半径
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(0, 15, "drawCircle");
​
  u8g2.drawCircle(stx, sty - 1 + with, r, U8G2_DRAW_UPPER_RIGHT); //右上
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawCircle(stx + with, sty, r, U8G2_DRAW_LOWER_RIGHT); //右下
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawCircle(stx - 1 + with * 3, sty - 1 + with, r, U8G2_DRAW_UPPER_LEFT); //左上
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawCircle(stx - 1 + with * 4, sty, r, U8G2_DRAW_LOWER_LEFT); //左下
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
  u8g2.drawCircle(stx - 1 + with * 2, sty - 1 + with * 2, r, U8G2_DRAW_ALL);//整个圆
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

显示效果如下面的左图：

注意，U8g2库画出的圆，因像素点的显示原理，圆的直径占用的宽度不是半径的2倍，而是2倍再加一个像素点。

4.6 画空心/实心椭圆

  • drawEllipse(x,y,rx,ry,opt) 绘制一个空心椭圆

  • drawFilledEllipse(x,y,rx,ry,opt) 绘制一个实心椭圆

    • x,y为圆心坐标

    • rx,ry为与椭圆x和y方向的半径

    • opt与画圆时的作用一致

椭圆的显示与圆的显示类似，只是椭圆可以分别指定x和y方向的半径



4.7 字符串、汉字和变量显示

字符串的显示，可以使用drawStr函数，也可以使用通用风格的print函数。

  • drawStr(x,y,string) 绘制一个字符串

    • x,y起点坐标

    • string字符串

如果想要使用print显示汉字，需要先设置如下两句：

u8g2.enableUTF8Print();//enable UTF8
u8g2.setFont(u8g2_font_wqy12_t_gb2312b);//设置中文字符集

如果想要显示变量，使用print函数即可：

字符串、汉字、变量的测试函数如下：

//字符串/文字/变量显示测试
void testDrawStr()
{
  int t = 1000;
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(0, 14, "drawStr / print");
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.drawStr(0, 32, "~!@#$%^&*()_+");
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.enableUTF8Print();//enable UTF8
  u8g2.setFont(u8g2_font_wqy12_t_gb2312b);//设置中文字符集
  u8g2.setCursor(0, 48);
  u8g2.print("码农爱学习");
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  int a = 234;
  u8g2.setCursor(0, 64);
  u8g2.print("int a = ");
  u8g2.setCursor(40, 64);
  u8g2.print(a);//显示变量
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

显示效果：

4.8 画内置图标

  • drawGlyph(x,y,addr) 绘制U8g2内置的图标

    • x,y起点坐标

    • addr内置图标的地址

U8g2库内置了需要预先定义的图形，通过drawGlyp函数以及指定的地址，即可看OLED上显示对应的图标：

各个图形的地址定义如下：

编写一个测试程序：

void testGlyph()
{
  int t = 1000;
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(0, 14, "drawGlyph");
​
  u8g2.drawGlyph(0, 32, 0x23f0);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.drawGlyph(16, 32, 0x23f3);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.drawGlyph(32, 32, 0x2603);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.drawGlyph(48, 32, 0x2615);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
​
  u8g2.drawGlyph(64, 32, 0x2618);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

测试效果如下：

4.9 画自定义图片

  • drawXBM(x,y,w,h,addr) 绘制一个实心矩形 (圆角)

    • x,y起点坐标

    • w,h图片的宽度和高度`

    • addr图片(数组)的地址

自定义图片的显示，需要先将图形转换为数组，可以使用如下工具进行图片到数组的转换：

https://tools.clz.me/image-to-bitmap-array

编写测试程序：

// width: 128, height: 48
const unsigned char bilibili[] U8X8_PROGMEM = { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, ... 省略若干行 };
​
void testDrawXBM()
{
  int t = 1000;
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.drawStr(0, 14, "drawXBM");
  u8g2.drawXBM(0, 16, 128, 48, bilibili);
  SEND_BUFFER_DISPLAY_MS(t);
}

效果如下：

5 总结

本篇介绍了ESP8266的引脚定义以及U8g2库在OLED的使用基础，并重点介绍了U8g2库的各种画图函数，这个函数总结下来如下下表所示：

借助U8g2库，可以十分方便的在OLED上进行图形的显示。

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