4、显示驱动基础：LCD/OLED屏幕驱动、SPI/I2C协议、显示文字与图形
各位同学，欢迎来到第四章。这一章我们聊聊「显示」这件事。
自动售货机没有屏幕，就像人没有眼睛。用户选了什么商品、付了多少钱、找零多少，全得靠屏幕告诉他。所以，驱动屏幕是嵌入式UI的基本功。
我个人习惯把显示驱动分成三层：物理层（怎么连线的）、协议层（怎么传数据的）、应用层（怎么画东西的）。咱们一层一层往下拆。
4.1 屏幕选型：LCD还是OLED？
先说说屏幕本身。自动售货机里最常见的两种：LCD和OLED。
| 特性 | LCD（如12864） | OLED（如SSD1306） |
|---|---|---|
| 功耗 | 较高（需要背光） | 低（自发光） |
| 对比度 | 一般 | 高（纯黑） |
| 视角 | 有限 | 广视角 |
| 成本 | 低 | 稍高 |
| 寿命 | 长 | 有机材料会衰减 |
我在项目中遇到过一个问题：某款自动售货机放在户外，夏天暴晒。LCD屏幕的背光老化得特别快，半年就发黄了。后来换成OLED，虽然贵了几块钱，但显示效果一直很稳定。嗯，这里要注意：户外场景优先考虑OLED，室内场景LCD性价比更高。
4.2 通信协议：SPI vs I2C
屏幕和单片机怎么说话？主流就两种：SPI和I2C。说白了，就是两种「握手」的方式。
4.2.1 SPI协议
SPI，全称Serial Peripheral Interface。它用四根线：
- SCLK：时钟线，由主机控制节奏
- MOSI：主机输出，从机输入
- MISO：主机输入，从机输出（很多屏幕只用一根数据线，所以这根可以省）
- CS：片选线，选哪个设备说话
SPI的特点就是「快」。你想想看，它全双工，时钟可以跑到几十MHz。刷新一帧128x64的图片，SPI只需要几毫秒。I2C可能要几十毫秒。
核心要点：SPI适合需要快速刷新的场景，比如动画、视频。I2C适合数据量小、引脚少的场景。
4.2.2 I2C协议
I2C只有两根线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）。它靠地址来区分设备。一个总线上可以挂多个设备，每个设备有唯一的地址。
我曾经踩过一个坑：I2C总线上挂了屏幕和温度传感器，结果屏幕显示乱码。查了半天，发现是温度传感器的地址和屏幕冲突了。后来换了地址才解决。所以I2C设计时一定要检查地址冲突。
4.3 驱动一个OLED屏幕（SSD1306）
咱们拿最常见的SSD1306 OLED屏幕举例。它支持I2C和SPI两种接口。我个人习惯用I2C，因为省引脚，接线简单。
4.3.1 硬件连接
以I2C为例，接线如下：
单片机 -> OLED
VCC -> 3.3V
GND -> GND
SCL -> PB6 (I2C1_SCL)
SDA -> PB7 (I2C1_SDA)小技巧：SSD1306的I2C地址通常是0x3C或0x3D。如果屏幕没反应，试试换一个地址。我遇到过一批屏幕地址是0x3D，手册上写的是0x3C，差点被坑。
4.3.2 初始化代码
驱动屏幕的第一步是初始化。说白了，就是告诉屏幕：「嘿，我要开始用了，你准备好。」
# MicroPython示例
from machine import Pin, I2C
import ssd1306
# 初始化I2C
i2c = I2C(1, scl=Pin(6), sda=Pin(7), freq=400000)
# 扫描I2C设备，确认地址
devices = i2c.scan()
print("I2C devices:", [hex(addr) for addr in devices])
# 初始化OLED，128x64分辨率
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
# 清屏
oled.fill(0)
oled.show()这段代码跑通后，屏幕应该会亮起来，但什么也不显示。别急，接下来我们画点东西上去。
4.4 显示文字
自动售货机最常用的就是显示文字。比如「请投币」、「余额：5.00元」。
SSD1306内置了ASCII字库，可以直接用。但中文不行，需要自己准备字库。
4.4.1 显示英文字符
# 显示文字
oled.text("Hello, Vending!", 0, 0)
oled.text("Price: 3.50", 0, 16)
oled.text("Insert Coin", 0, 32)
oled.show()这里要注意：text()函数的参数是(x, y)坐标。SSD1306的坐标原点在左上角，x向右增加，y向下增加。每个字符占8x16像素（默认字体）。
4.4.2 显示中文（取模方式）
中文显示需要自己准备字模。我常用的方法是：用PCtoLCD2002软件取模，生成16x16的点阵数据。
# 显示一个16x16的中文字符
# 假设"投"字的字模数据
font_data = [
0x00, 0x00, 0x7F, 0xFC, 0x08, 0x20, 0x08, 0x20,
0x08, 0x20, 0x08, 0x20, 0x08, 0x20, 0x08, 0x20,
0x08, 0x20, 0x08, 0x20, 0x08, 0x20, 0x08, 0x20,
0x08, 0x20, 0x7F, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
]
# 将字模绘制到屏幕上
for y in range(16):
for x in range(16):
if font_data[y*2 + x//8] & (0x80 >> (x%8)):
oled.pixel(x, y, 1)
oled.show()注意：取模方式有很多种（横向、纵向、字节顺序等）。一定要和你的代码匹配。我曾经因为取模方向搞反了，显示出来的汉字全是镜像的，调试了一下午才发现。
4.5 显示图形
除了文字，自动售货机还需要显示图形。比如商品图标、二维码、进度条。
4.5.1 画基本图形
# 画一个矩形边框
oled.rect(10, 10, 50, 30, 1) # x, y, width, height, color
# 画一个填充矩形
oled.fill_rect(70, 10, 50, 30, 1)
# 画一条线
oled.line(10, 50, 120, 50, 1)
# 画一个圆（SSD1306库没有直接支持，需要自己实现）
# 可以用Bresenham算法
def draw_circle(oled, x0, y0, r, color):
x = 0
y = r
d = 3 - 2 * r
while x <= y:
oled.pixel(x0 + x, y0 + y, color)
oled.pixel(x0 - x, y0 + y, color)
oled.pixel(x0 + x, y0 - y, color)
oled.pixel(x0 - x, y0 - y, color)
oled.pixel(x0 + y, y0 + x, color)
oled.pixel(x0 - y, y0 + x, color)
oled.pixel(x0 + y, y0 - x, color)
oled.pixel(x0 - y, y0 - x, color)
if d < 0:
d = d + 4 * x + 6
else:
d = d + 4 * (x - y) + 10
y -= 1
x += 1
draw_circle(oled, 64, 32, 20, 1)
oled.show()4.5.2 显示图片（BMP转数组）
更复杂的图形，比如商品图标，可以用图片转数组的方式。我常用的是将128x64的BMP图片转换成字节数组。
# 假设有一个128x64的图片数据
image_data = [
0xFF, 0x81, 0x81, 0x81, ... # 共1024字节
]
# 将图片数据写入屏幕
for page in range(8): # SSD1306分8页，每页8行
for col in range(128):
oled.buffer[page * 128 + col] = image_data[page * 128 + col]
oled.show()提示：SSD1306的显存是1024字节（128x64/8）。直接操作buffer是最快的方式。我一般把常用图标预先转成数组，放在代码里，需要时直接刷进去。
4.6 避坑指南
最后，分享几个我踩过的坑：
- 电源问题：OLED屏幕对电源纹波敏感。如果屏幕闪烁，先检查电源，别急着改代码。
- I2C上拉电阻：I2C总线需要上拉电阻（4.7kΩ左右）。有些模块内置了，有些没有。没上拉的话，通信会失败。
- 刷新率：不要频繁调用
show()。每次调用都会刷新整个屏幕，太频繁会导致闪烁。我一般控制在30-60Hz。 - 字库存储：中文字库很大（一个16x16的字需要32字节）。如果显示很多汉字，建议用外部Flash存储字库，别全塞进单片机Flash里。
好了，这一章就到这里。下一章我们聊聊「触摸输入与按键交互」。到时候见。