简介：一套面向UC1698液晶控制器的电表显示方案资料，适合嵌入式开发者和Arduino/STM32爱好者，用于实现电表图形界面的驱动与定制，尤其适用于智能电表、工业仪表等需要图形显示的场景。方案将UC1698与Arduino、STM32平台结合，覆盖显示初始化、绘图、文本更新、串行/并行通信等关键环节，可帮助读者快速掌握点阵液晶屏在仪表类设备中的集成方法，并理解UC1698的寄存器配置与显示时序控制。压缩包共183个文件，约1.15MB，以91个.h头文件、69个.c源文件、15个汇编启动文件为主，另有Keil工程文件（.uvprojx/.uvoptx）、STM32CubeMX配置（.ioc/.mxproject）及Arduino示例.ino，目录结构清晰，适合直接移植或二次开发。目前已有454人学习下载，对于想要深入理解UC1698驱动原理、对比Arduino与STM32两种控制方式、或搭建电表显示界面的开发者，是一份高性价比的参考资料；也可作为智能电表、工业仪表等人机界面开发的入门案例。
1. uc1698 与 Arduino、电表搭在一起，先解决的不是代码，而是一块屏的像素是谁在管
UC1698 不是一块屏，而是一片 LCD 控制器芯片；电表项目里说的“uc1698_arduino_电表”，通常指一块以 UC1698 作为主控的 128x64（或更大）单色点阵屏，接在 Arduino 上显示电压、电流、电量这类参数。很多人一上来先翻 SPI 示例，把 MOSI、SCK 接好就以为能出字，结果要么全黑，要么淡得看不清。我见过最快的定位方式恰恰相反：先问自己手上模组的 RAM 排列是列扫描还是行扫描，再把控制器、模组、驱动三层拆开。这篇文章按我自己做电表显示时的顺序讲：选型依据、接线和初始化、自绘画点、数字与中文刷新，最后是五条容易翻车的批量一致性检查点。新手可以照着接线跑通，做过多年的工程师也能在刷新策略和对比度调参上省下一两次返工。
2. UC1698 控制器、点阵模组与电表屏幕选型：先分清谁在发指令
2.1 控制器还是模组：引脚、初始化序列到底该以谁为准
UC1698 是一片支持较大分辨率、驱动段数较多的单色 STN 控制器。做成模组之后，玻璃、偏光片、背光、FPC 以及升压/偏压电路都被屏厂集成在了一起。所以在 Arduino 侧看到的是 VDD、GND、CS、DC、RST、SCL、SDIN、LEDA 这种接口，而不是芯片本身的段/公共端引脚。同是“UC1698 屏”，128x64 和 160x160、1.8 寸和 2.7 寸，FPC 引脚顺序可能完全不同。买屏时最应该先确认的是模组规格书里写的那套电源电压、逻辑电平和 SPI 时序参数，而不是去背 UC1698 datasheet 里所有寄存器。项目里常出现“按另一个型号初始化结果白屏”的情况，就是因为把控制器级初始化直接套在了模组级电路上。
我一般拿到一块新屏会先做两件事：查规格书里推荐的上电时序，比如 RST 低电平保持时间、VDD 稳定到 CS 片选有效的最小间隔；再找厂商给的初始化例程，哪怕它是 STM32 或 51 的也没关系，翻译成 Arduino 时只改 SPI 发送函数，初始化序列基本原样保留。UC1698 这类控制器对偏压比、温度补偿这类专有命令比较敏感，显示淡或者有残影，往往不是代码写错，而是这几条命令和屏厂玻璃不匹配。控制器 datasheet 里写的是“最大可支持”，屏厂规格书里写的才是“这块玻璃必须这么驱动”，优先级要清楚。
2.2 电表场景为什么用这种单色点阵屏，而不是 OLED 或 TFT
如果只在室内做原型，OLED 更省事：I2C 两线、亮度高、示例多。但往电表场景走，UC1698 这类单色 STN 点阵屏有三个实实在在的优势。第一是静态功耗，STN 在画面不变时只需维持行列电压，OLED 每个像素仍然靠 PWM 持续驱动，静态显示还会伴随老化差异；第二是阳光可读性，配电房、台区表箱外常有强光，带背光的 TFT 在户外表现不如反射型或半透型单色屏；第三是内容改版灵活度，段式 LCD 要改一句文字就要重新开模，点阵屏只要改字库和坐标就能改界面。电表需要长时间固定显示电压、电流、功率、电量，单位标签几乎不变，只有数字在跳，这条边界正好适合 128x64 这类分辨率。
成本上也存在梯度：TFT 彩色模组比同尺寸单色点阵贵，OLED 在长寿命、高低温循环上不如成熟 STN 工艺稳妥。当然，UC1698 模组多数是 COG 封装，对装配、压屏的要求比老式 COB 段式屏高，在价格敏感的计量产品里还要综合评估。这个选型结论反过来也解释了为什么“uc1698_arduino_电表”这类项目会反复出现：需求是真实存在的，但现成的完整方案不多，大部分人要从画点和初始化开始拼。
2.3 驱动方案的选型边界：U8g2、屏厂驱动代码和自绘驱动从哪里介入
选驱动方案时，我会按项目阶段分三条路走。快速原型阶段，先看 U8g2 库的设备列表里有没有现成的 uc1698 条目。U8g2 支持大量不同控制器和总线组合，页面模式适合 RAM 小的板子，全缓冲适合对刷新有要求的板子。如果库管理器里搜索不到对应构造，或者屏厂给的初始化代码里有 U8g2 没暴露的专有命令，就要走第二条路：把屏厂例程的初始化数组原样搬到 Arduino，配上最基本的画点函数。第三条路是自绘驱动，自己做 page/column 到显存地址的映射，适用场景是电表显示内容固定、刷新频率明确，不需要一个膨胀的 GUI 层。
这个选型顺序也解释了为什么先要读懂接线和控制器，而不是一上来就 include 库。U8g2 长在“控制器抽象”上，但它不会知道你屏厂在初始化里加了几条专用偏压参数；自绘驱动长在“像素排列”上，但需要你在取模和刷新上多花时间。电表这种产品，长时间跑、显示内容有限，我一般会以自绘为核心，U8g2 只在前期对比字体或快速出图时用。二者并不互斥，后面第 4 章的界面代码会从自绘和库两个入口都讲一版。
3. 用 Arduino 点亮 UC1698：最小接线、画点函数与初始化排障
3.1 引脚定义与 Uno/ESP32 接线表
最常见的 UC1698 模组引脚可以归纳为：电源、地、片选 CS（有的标 CHIP SELECT 或 CSB）、命令数据选择 DC（有的标 A0、D/C）、复位 RST、时钟 SCL/SCK、数据 SDIN/SDI，以及背光 LEDA。极少数模组支持并口或 3-wire SPI，这时没有 DC 引脚，命令/数据切换靠发送字节序列控制，接线上更简单，但初始化逻辑不同。下面这张表以 4 线 SPI 为例：
| 模组引脚 | 含义 | Arduino Uno | ESP32/ESP32-S3 |
|---|---|---|---|
| VDD | 逻辑电源 | 接 3.3V（以规格书为准） | 3.3V |
| GND | 地 | GND | GND |
| CS | 片选 | D10 | GPIO5 |
| DC | 命令/数据选择 | D9 | GPIO17 |
| RST | 复位 | D8 | GPIO16 |
| SCL | SPI 时钟 | D13 | GPIO18 |
| SDIN | SPI 数据 | D11 | GPIO23 |
| LEDA | 背光正极 | 串 100～220Ω 后接 5V | 串 100～220Ω 后接 3.3V |
这里有几个容易踩的细节。Uno 的 D13/D11 是硬件 SPI 引脚，如果你在代码里用 Software SPI，任意数字 IO 都可以；但建议一开始就用硬件 SPI，稳定性好。ESP32 的 SPI 引脚可映射，上表只是常用默认，具体以你板子固件为准。LEDA 是背光，很多屏直接接了会拉低电压导致启动瞬间复位，这在最后一章还会专门讲。VDD 电压必须看模组丝印，标 3.3V 的接 5V 可能直接烧控制器，标 5V 的接 3.3V 则可能出现显示极淡、驱动不足。
CS 单独占用一个引脚很重要：如果把它直接接地，意味着片选一直有效，控制器会把所有外部 SPI 数据都当成本屏的数据，其他传感器会串联干扰。DC 引脚决定了命令和数据的分流，初始化时第一帧发错，后面整屏内容都会错位。接线完成后先别写长代码，用下面的最小初始化函数，先做“关显示、开显示”测试，能切黑底和屏幕亮底，说明 SPI 通路基本通了。
3.2 一个不依赖库的画点与区域刷新代码
下面这段代码绕开库抽象，把 UC1698 当作 128x64 的“按页寻址”像素阵列来驱动。适用于你已经拿到模组初始化序列的场景。
#define CS 10 #define DC 9 #define RST 8 #define SCLK 13 #define SDIN 11 uint8_t fb[128][8]; // 128 列 x 8 页，每页 8 像素，总共 1KB void lcdWriteCmd(uint8_t c) { digitalWrite(DC, LOW); // DC=0 表示命令 lcdWriteSpi(c); } void lcdWriteData(uint8_t d) { digitalWrite(DC, HIGH); // DC=1 表示数据 lcdWriteSpi(d); } void lcdWriteSpi(uint8_t v) { digitalWrite(CS, LOW); for (int i = 7; i >= 0; i--) { digitalWrite(SCLK, LOW); digitalWrite(SDIN, (v >> i) & 0x01); digitalWrite(SCLK, HIGH); } digitalWrite(CS, HIGH); } void lcdSetPage(uint8_t page) { lcdWriteCmd(0xB0 | (page & 0x07)); // 页地址 0~7，对应纵向每 8 像素一组 } void lcdSetColumn(uint8_t col) { lcdWriteCmd(0x10 | ((col >> 4) & 0x0F)); // 列地址高 4 位 lcdWriteCmd(col & 0x0F); // 列地址低 4 位 } void lcdSetPixel(uint8_t x, uint8_t y, bool on) { if (x >= 128 || y >= 64) return; uint8_t page = y >> 3; uint8_t bit = y & 0x07; if (on) fb[x][page] |= (1 << bit); else fb[x][page] &= ~(1 << bit); } void lcdRefreshArea(uint8_t x0, uint8_t y0, uint8_t w, uint8_t h) { uint8_t startPage = y0 >> 3; uint8_t endPage = (y0 + h - 1) >> 3; for (uint8_t p = startPage; p <= endPage; p++) { lcdSetPage(p); lcdSetColumn(x0); for (uint8_t x = x0; x < x0 + w; x++) { lcdWriteData(fb[x][p]); } } }lcdWriteCmd 和 lcdWriteData 的区别在于 DC 引脚电平，这是控制芯片识别命令还是数据的关键。fb 数组是纵向 8 像素打包成一页，屏幕上一列的第 0～7 位对应 fb[列][页] 的 bit0～bit7；我这里从低到高排列，不同屏的字节序可能反过来，如果刷出来图像上下颠倒，把像素位序反转再试。lcdSetColumn 的 0x10 与 0x0F 拼字节方式是按常见 UC1698 的列地址格式写的，如果你的模组列数超过 128，比如 160 宽，屏厂数据手册会把高四位对应位数替换掉，移植时务必核对 lcdSetColumn 而不是直接抄。
lcdRefreshArea 是局部刷新的核心。它只把需要变化的区域逐页发送，电表上一秒一次的数字刷新，通常只刷三四十列，不需要重复发送整个 1KB buffer。这里必须注意：发送数据时从 x0 到 x0+w-1 连续发，模组内部列地址会自动递增；如果你的初始化序列里开启过窗口模式或设置有列翻转，这段连续写会错位，那就改写为每列调用一次 lcdSetColumn，确保地址不乱。
3.3 点不亮时的三步判断：开关屏、对比度、电源
点亮失败时不要急着换屏幕。第一步判断控制器是否活着：把初始化里所有功能命令注释掉，只发 0xAE 关显示、0xAF 开显示。如果屏幕能由深变浅或由浅变深，说明 SPI 时序和控制器基本正确。第二步调对比度，常见的是命令 0x81 后跟一个字节，取 0xFF 时对比度拉满，但可能出现残影或底色过重，取 0x20 时可能淡得看不见；从 0x80 往下步进，每步 0x10 观察一次。第三步量电流：不带背光时单色 STN 模组整机电流应在几毫安到十几毫安，如果上电就几十毫安且屏体发烫，优先查 VDD 极性、CS 是否被固定拉低、DC 和 RST 是否被复用成其他外设。
这三步能过滤掉绝大多数“驱动代码重新抄了三遍还是白屏”的求助。控制器初始化序列里像偏压比、温度补偿这类命令，不同厂家定义差异较大，我会直接沿用屏厂例程里的那一段，不在自绘驱动里重新发明。这一点算我踩过最深的坑：UC1698 的数据手册是控制器的，但玻璃是屏厂蒸镀的，初始化序列里任何一个和偏压有关的字节，都该以屏厂验证结果为准。
4. 电表显示界面落地：数字字段、中文标签与局部刷新策略
4.1 先定刷新边界：哪些画一次，哪些每秒刷一次
电表界面可以拆成三类元素。静态标签：电压、电流、电量、单位符号，上电画一次；动态数字：具体数值，按刷新周期变化；状态图标：充电、报警、通讯状态这类，反白或闪烁时变化。刷新策略按这个分类定制，最忌在 loop 里反复 clearDisplay、全屏重画。全屏重画在人眼看来会有轻微闪烁，在电表这类长期显示的设备上，持续全阵列写入还会带来不必要的射频噪声。
我常用的策略见下表：
| 元素 | 刷新周期 | 最小刷新区域 | 手段 |
|---|---|---|---|
| “电压”等中文标签 | 上电一次 | 不刷新 | drawXBM / 自绘 bitmap |
| 电压数值 | 1s | 只覆盖数字所在矩形 | 清矩形 → 画新数字 |
| 电流小数位 | 500ms | 只更新右下角 2~3 个字符 | 同上 |
| 通讯指示灯 | 状态变化 | 8x8 像素 | 直接翻转该像素块 |
| 电量累计值 | 掉电或每分钟 | 数值区域 | 写 buffer 后 commit |
这里“清矩形”不要做成整屏 fillRect 黑底，那会把同一行的静态标签一并盖掉。正确做法是记住每个字段的矩形坐标，用 fillRect 清字段背景色，再在新坐标写数字。坐标一旦排好就尽量不改，既减少 buffer 写入量，也让测试回归时的界面差异更容易用肉眼判断。
4.2 数字字段刷新代码：把电压每秒画一次
这里用第 3 章的 fb 和 lcdRefreshArea 实现一个简单的数字绘制函数。假设一套 8x16 点阵字符字库放在 font8x16 数组中，每字符占 16 字节，每字节是横向一行的 8 个像素。
void drawChar8x16(int16_t x, int16_t y, char c, bool invert) { const uint8_t* g = &font8x16[(uint8_t)c * 16]; for (int row = 0; row < 16; row++) { for (int bit = 0; bit < 8; bit++) { bool px = (g[row] >> (7 - bit)) & 1; if (invert) px = !px; if (px) lcdSetPixel(x + bit, y + row, true); else lcdSetPixel(x + bit, y + row, false); } } } void drawVoltage(float v) { // 显示区域固定在 x=8..56, y=24..40 for (int x = 0; x < 48; x++) for (int y = 0; y < 16; y++) lcdSetPixel(8 + x, 24 + y, false); // 清字段底色 char buf[8]; dtostrf(v, 5, 1, buf); // 220.5 -> "220.5" for (int i = 0; buf[i] && i < 6; i++) { drawChar8x16(8 + i * 8, 24, buf[i], false); } lcdRefreshArea(8, 24, 48, 16); }dtostrf 来自 AVR 的 stdlib，在 Uno 上把 float 转成定宽字符串比较省事；ESP32 上可以换成 snprintf(buf, sizeof(buf), "%.1f", v)。清除底色用双重循环逐像素写 false，直观但慢；如果字段多、刷新频率高，改成对 fb 区域做 memset 会快很多，因为不需要逐位判断。批量清空后再画字符，最后只调一次 lcdRefreshArea，整块显示区只发一次 SPI 数据，而不是画一个点发一次。这正是第 3 章 framebuffer 的价值：所有画点先改内存，最后一次性提交。
把电压、电流、电量三个字段用同一套 drawChar8x16 接起来，每个字段维护自己的矩形区域和更新时间，loop 里的代码就能保持干净。需要注意 x 坐标按 8 像素对齐，不然字符之间会出现多余空白或重叠；如果换成 6x12 字库，每个字符占 6 像素宽，字段矩形宽度要按字库实际宽度算，不能照抄 48 这个数。
4.3 中文标签的 XBM 取模与 U8g2 的两种缓冲模式
中文在单色屏上直接写字符串不方便，常见做法是把每个标签在 PCtoLCD2002 这类软件里转成数组。导出 XBM 或 Bitmap 格式，本质上是一个 const uint8_t 数组。我通常用 16x16 点阵显示“电压”“电量”，用 12x12 或 16x16 做“kW·h”这种单位，导出后放进一个 labels.h 头文件。
// 以 XBM 格式为例，宽 16、高 16 const uint8_t label_dianya[] = { 0x00, 0x00, 0xFC, 0x7F, 0x04, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0xFC, 0x7F, 0x00, 0x00 // 这里只是示意，实际内容以取模工具输出为准 }; void drawLabel(const uint8_t* bitmap, int16_t x, int16_t y) { for (int row = 0; row < 16; row++) { for (int col = 0; col < 2; col++) { uint8_t b = pgm_read_byte(&bitmap[row * 2 + col]); for (int bit = 0; bit < 8; bit++) { if (b & (0x80 >> bit)) { lcdSetPixel(x + col * 8 + bit, y + row, true); } } } } }XBM 的每行按 8 像素一组的字节排列，16 宽就是每行 2 字节，先左后右。pgm_read_byte 是 AVR 上读取 PROGMEM 数组的方法，ESP32 直接访问数组即可。如果换用 U8g2，这段 drawLabel 可以替换成 u8g2.drawXBM(x, y, 16, 16, label_dianya)，库内部自动处理取模方向和页寻址。U8g2 的构造里要注意1和f后缀：页面缓冲模式只保留当前页的一小块缓冲，适合 RAM 极小的板子；全缓冲模式会吃 1KB 左右 SRAM，Uno 还能撑住，Nano 也可以，但再叠加大的取模数组时就要小心 SRAM 溢出。做电表这种界面固定的项目，我的建议是全缓冲加局部刷新，不要用页面模式的逐页裁切，后者在数字跳变时更容易看到吞字。
取模方向最容易出错的是“左右镜像”和“上下颠倒”。XBM 导出时如果勾选了纵向取模，数组顺序会按页不是按行排，和 drawLabel 里的双重循环就不匹配。判断方法很直接：先画一个非对称字符，比如字母“L”，如果镜像就把 0x80 >> bit 改成 0x01 << bit，如果上下颠倒就把 row 反过来读，在实验室里花一分钟验证，比在产线上猜快得多。
4.4 一秒刷新五次与一次刷新一秒：显示节奏和主循环的关系
电表显示节奏要跟硬件计量数据源节奏分开。如果计量芯片 1 秒推一次有效值，刷新周期就定 1 秒；如果读数是异步的，可能一秒钟读到 3~4 次，界面全部重画反而会抖。一般做法是每次读数后只更新对应数值缓冲区，用 millis() 检查距上次 commit 是否超过 500ms，是才真正写屏。这个方法还能合并掉多次中间态，避免屏上出现瞬时毛刺，比如 0.5ms 内电压值跳了 0.01，就不必闪一下。
如果要先用仿真验证布局，可以在 wokwi 仿真平台 arduino 模型上按同像素屏的坐标布一遍，但要注意仿真平台里的模型即使标注了同名控制器，RAM 扫描方向和真实模组也可能不同，仿真空屏或上下颠倒不代表实屏故障。我把这个技巧放在这里，是因为很多人会在仿真上花时间调坐标，结果实际接线后又要反一遍，提前知道这一差别能省一晚上。
5. 对比度、反白和批量一致性：UC1698 显示稳定性检查点
UC1698 屏的问题很少是“完全不显示”，更多是淡、残影、闪烁、以及批量之间深浅不一。以下五个检查点按排查顺序列出来：
第一，对比度要按批次调，而不是按代码调死。同一型号模组，玻璃厚度和偏光片批次不同，0x81 命令的最优值可能差 0x20~0x40。批量测试时不要只目测，用 0x00~0xFF 的阶度条图案让产线拍照，把每块屏最优的对比度寄存器值写进 EEPROM。上电初始化时先读这个值再发 0x81，屏与屏的观感就能统一。要顺手把批次号也存进去，后续追溯时能直接看出哪个批次偏压有漂移。
第二，黑屏先看背光电路。很多“arduino 上传超时”其实是背光启动瞬间把 USB 5V 拉低导致的，屏本身没有坏。给 LEDA 串一只 100～220Ω 电阻，或者用外部 5V 单独给背光供电，上传成功率立马上来。Uno 的 +5V 引脚这时不要同时带屏背光和 WiFi 模块，电表调试台上这一点最容易被甩锅给代码。
第三，RST 低电平时间要足够。Uno 上电时默认 IO 为输入状态，RST 引脚悬浮可能让屏在上电瞬间进不确定态。驱动初始化里把 RST 拉低延时从 1ms 提到 10ms，释放后再等 50ms，能减少不少偶发白屏。注意顺序：先拉低、等待、再拉高，不能在设置引脚模式之前就把 RST 当作普通 IO 操作。
第四，SPI 时钟降下来看随机乱码是否消失。Uno 的硬件 SPI 默认分频在 4MHz 左右，部分长引线模组在 4MHz 下会出现隔几个字节丢一个的随机花点。把 SPI 时钟降到 1MHz 或 2MHz，乱码一般消失。量产板布线短时可以往上提，但建议固件保留一份慢速模式用于产线自检，切换方式就是一个条件编译宏的事。
第五，反白和闪烁要按字段做。状态变化时不要整屏取反，用 drawBox 填充状态图标所在的 8x8 或 16x16 区域，翻转该区域而不是全屏。STN 的响应速度本身比 OLED 慢，全屏反白在电表上看起来像页面闪断。图标状态写进 buffer 后调用一次 lcdRefreshArea(区域坐标) 即可，下一次再翻转回来。把对比度读回值和批次号写进 EEPROM 头部，初始化时先读后发，批量观感就能稳定在同一阶度区间。
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