让示波器数据显示更直观——OLED曲线显示

大家好，我是程序员小哈。

问题由来

前两天有网友留言，能否做一个显示波形的实例，之前也有人提过类似问题，那么今天我们就来安排一下。

问题分析

我们在网上经常能看到一些大佬用0.96寸OLED制作的迷你示波器。

制作这个mini示波器，界面中的曲线绘制是一个难点。

小哈哥的主要工作是做上位机VC++开发的，由于要做谱图显示，所以也用到了曲线的绘制，下图中就是使用VC++进行曲线绘制的部分代码，我们可以看出，曲线是由一系列首尾相连的直线组成，所以要想绘制曲线，首先要实现移动到线条起点的函数MoveTo，以及实现画线的函数LineTo。

因为直线（其实说成线段更好）是由多个点组成，所以我们要实现画线的函数，只要实现画点的函数即可，然后在计算出来的位置依次画点，即可实现直线的绘制。

实现目标

• 实现画点函数封装画点函数，进而实现画线函数绘制一个三角形

显示原理

OLED的核心驱动芯片是SSD1306，单片机与SSD1306通信，SSD1306再驱动OLED点亮对应的OLED像素点。

要想实现绘制三角形，我们就要先实现画点和绘制直线的函数，在这之前，我们先了解一下OLED的显示原理。

OLED的构造

OLED由128*64个像素组成，64行和128列。

图中每个晶格表示一位图像数据，这些像素点对应SSD1306内部的一个GDDRAM数据内存，它有128*8字节，即128*64bit，每一个位对应一个像素点。

其中，每8行组成一个PAGE，该OLED一共分为8个PAGE（PAGE0~PAGE7）。

我们控制显示的内容，只需要控制SSD1306的内部GDDRAM即可。下面是封装的刷新GDDRAM的函数，其中 unsigned char OLED_GRAM[128][8]; 中缓存的就是待显示的内容，我们先将要显示的内容赋值给这个数组，然后将这个数组整体写入GDDRAM即可，如果这个数组内的数据都为0，则相当于将显示屏清屏（不显示内容）。

void OLED_Refresh_Gram(void)
{
    unsigned char i,n;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        OLED_WR_Byte(0xb0+i,OLED_CMD);  //设置页地址（0~7）
        OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);    //设置显示位置—列低地址
        OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);    //设置显示位置—列高地址  
         
        for(n=0;n<128;n++)  //写一PAGE的GDDRAM数据
        {
            OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],1);
        }
    }
}

画点函数

由于 OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],1); 函数一次操作一个字节，所以我们不能一次控制一个像素点，只能8个像素点一起控制；而且是垂直方向扫描控制；如下图所示。因此垂直方向坐标可选为0~7；(8*8=64)；水平方向可选坐标0~127。

我们封装的画点函数，即随便给一个点的坐标(x,y)，我们要计算出，这个像素点所属的PAGE，然后看控制的是这列8个像素（对应一个字节数据）中的哪一个（对应1 bit数据）。

void OLED_DrawDot(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char t)
{
 unsigned char pos,bx,temp=0;
    
 // 此OLED的分辨率为128*64，横坐标大于127，纵坐标大于63，则参数非法 
    
 if(x>127||y>63) return;
    
 // 因为此OLED是按页显示，每页8个像素，所以/8用于计算待显示的点在哪页中
 pos=(y)/8;
    
 // 一列中有8个像素，所以计算一下待显示的点，在当前列中的第几个点
 bx=y%8;
    
 // 移位，让temp的第bx位为1
 temp=1<<(bx);
    
 if(t) 
  OLED_GRAM[x][pos]|=temp;  //第bx位，置1，其他位值不变
 else 
  OLED_GRAM[x][pos]&=~temp;  //第bx位，置0，其他位值不变
        
 // 刷新整个液晶屏
 OLED_Refresh_Gram(); 
}

参数说明：

• x：显示的横坐标，即一行128个像素中的哪一个像素点y：显示的纵坐标，即一列64个像素中的哪一个像素点t：0表示该像素不显示，1表示该像素显示

画线函数

画点的函数我们已经实现了，那么要想画一条直线，我们就要计算出直线上都有哪些点，将直线上的点依次用画点函数绘制出来，即完成了直线的绘制。

那怎么来求得直线上的任意点的坐标呢？如下图所示，一般绘制一个直线都会给两个已知点(x1,y1)，(x2,y2)，有了这两个点的坐标，我们就可以求出这条直线的斜率，然后根据这个斜率和横轴的范围(x1,x2)，依次代入直线方程，即可求出所有直线上的点的坐标。

我们举个栗子，加深一下理解：

如果(x1=32,y1=48)，(x2=96,y2=16)，那么：

曲线斜率：K =（16-48）/（96-32）= -0.5==>该曲线上任意点坐标关系为：y = 48+K*(x – 32)

如果x=64， 因为 K=-0.5，所以 y=48-0.5*(64-32)=32 。

所以，（x=64,y=32）。

利用斜率法，我们封装画线函数如下：

void OLED_DrawLine(unsigned int x1, unsigned int y1, unsigned int x2,unsigned int y2)
{
 unsigned int t; 
 int offset_x,offset_y; 
 int incx,incy,uRow,uCol; 
 float K = 0.0f;
 offset_x=x2-x1;
 offset_y=y2-y1; 
 uRow=x1; 
 uCol=y1; 
 if(offset_x>0)
  incx=1;
 else if(offset_x==0)
  incx=0;    //垂直线
 else 
 {
  incx=-1;
  offset_x=-offset_x;
 }
 
 if(offset_y>0)
  incy=1;
 else if(offset_y==0)
  incy=0;    //水平线
 else
 {
  incy=-1;
  offset_y=-offset_y;
 }

 if(incx==0)
 {
  for(t=0;t<=offset_y+1;t++ )
  { 
   OLED_DrawDot(uRow,uCol+t*incy,1);
  }
 }
 else if(incy==0)
 {
  for(t=0;t<=offset_x+1;t++ )
  { 
   OLED_DrawDot(uRow+t*incx,uCol,1);
  }
 }
 else
 {
  K = (float)(((float)y2-(float)y1)*1.000/((float)x2-(float)x1));
  printf("K=%.3frn",K);
  for(t=0;t<=offset_x+1;t++ )
  { 
   printf("X=%d,Y=%drn",uRow+t,(u8)(uCol+t*K));
   OLED_DrawDot(uRow+t,(u8)(uCol+t*K),1);
  }
 }
}

注意：因为水平线和垂直线比较特殊，所以上面函数中对这两种情况进行了单独的绘制，没有使用斜率法计算直线上的坐标。

结果展示

我们按如下坐标绘制一个三角形：

有了画线函数，我们只要将上面三个点的坐标依次代入画线函数即可，绘制三角形的代码具体如下所示：

OLED_DrawLine(32, 48, 96,16);
OLED_DrawLine(96, 16, 96,48);
OLED_DrawLine(96, 48, 32,48);

编译代码生成结果如下：

上面的板子使用的是综合实例《基于手势控制的吸油烟机》的PCB板（暂时尚未完成，全部验证完毕会开源）。