低功耗LCD模块：带夏普Memory显示的Adafruit分线板

不吃肉的小孩

许多项目都采用小型显示器作为用户交互的界面。 对于超低功耗的应用，这种方式通常是不行的，因为显示器需要功耗比较大。 过去我使用Kent的电子纸显示器：虽然这些电子纸显示器不需要任何电源来保持图像，但是改变显示内容很不方便，加上刷新速度很慢（大约需要1秒来刷新显示）。 所以我很长一段时间里一直在寻找低功耗和刷新快速的显示器，后来克里斯蒂安告诉我一款夏普的显示器：不仅非常低功率，并且刷新快速。

更妙的是：Adafruit有一个可用于这种显示器的分线板（https://www.adafruit.com/product/1393)。 分线板上的显示器是Sharp的LS013B4DN04，具有96×96单色像素分辨率。这种显示屏是介于电子纸和普通LCD之间。 “背光”的颜色是很好的银色。 这个显示器的像素显示像一个小镜子，看起来很酷：

显示器没有背光：在日光下可视性是很优秀的（虽然有些视角依赖）；在黑暗的光线条件下，需要额外的照明。 像素之间的对比度非常好：

接线方式

Adafruit分线板带有一个电平转换器，因此可用于3.3V-5V。 我使用3.3V供电，只需要5根线连接到显示器：

■    VIN：3.3-5V

■    GND：接地

■    CS：SPI片选，高电平有效

■    CLK：SPI时钟（高达1 MHz）

■    DI：SPI MOSI，时钟空闲极性为低（CPOL = 0），并且数据在时钟前沿（CPHA = 0）上有效的，其中首先发送MSB位（最高有效位）。

可以不连接其他引脚。 显示屏是“只写”的，因此无法读回显示屏上的数据。

外部时钟和VCOM

Sharp Memory显示器的一个特别之处是：它需要一个特殊的时钟信号来产生VCOM，一个交流信号，防止在显示面板内建立直流偏压。 根据所使用的显示器，需要提供0.5至60Hz的信号或时钟。 该信号可以由外部或由软件提供，取决于EXTMODE引脚：

在Adafruit分线板上，EXTMODE被拉低：时钟由软件提供。 使用软件将“VCOM”专用命令发送到显示器：

然后位V翻转。

1. void SHM1_ToggleVCOM(void)
   
2. {
   
3. /* send toggle VCOM command */
   
4.   SCEpin3_SetVal();
   
5.   WriteData(SHM1_sharpmem_vcom);
   
6.   WriteData(0x00); /* 8bit trailer */
   
7.   SHM1_TOGGLE_VCOM;
   
8.   SCEpin3_ClrVal();
   
9. }

复制代码

在逻辑分析仪上，这看起来是这样的：

在下一次调用中，该位翻转：

如果没有发送其他显示命令，则只需要调用ToggleVCOM（）函数，因为在写入显示时可以翻转VCOM位。

清除显示

有一个特殊的“clear”命令来清除显示：

以下代码执行了clear命令：

1. void SHM1_Clear(void)
   
2. {
   
3. /* send clear command */
   
4.   SCEpin3_SetVal();
   
5.   WriteData(SHM1_sharpmem_vcom | SHM1_BIT_CLEAR);
   
6.   WriteData(0x00);
   
7.   SHM1_TOGGLE_VCOM;
   
8.   SCEpin3_ClrVal();
   
9. }

复制代码

这里在每个命令之后VCOM位再次翻转。 下图展示了指令如何在接线上发送以及VCOM位的设置：

更新显示行

显示器的每一行可以用命令更新：发送行号，然后是字节数（96位是12个字节），后跟16个零字节：

1. void SHM1_UpdateLine(uint8_t line, uint8_t *dataP)
   
2. {
   
3.   int i;
   
4. 
   
5.   /* Send the write command */
   
6.   SCEpin3_SetVal();
   
7.   WriteData(SHM1_BIT_WRITECMD | SHM1_sharpmem_vcom);
   
8.   SHM1_TOGGLE_VCOM;
   
9. 
   
10.   /* Send the address for line */
    
11.   WriteData(SHM1_RevertBits(line+1)); /* line starts with 1 */
    
12. 
    
13.   /* Send data byte for selected line */
    
14.   for (i=0; i<(SHM1_HW_WIDTH/8); i++) {
    
15.     WriteData(*dataP);
    
16.     dataP++;
    
17.   }
    
18.   /* Send trailing 16 bits  */
    
19.   WriteData(0x00);
    
20.   WriteData(0x00);
    
21.   SCEpin3_ClrVal();
    
22. }

复制代码

下面是写入行号1的示例：

多行

写多个行或所有行与写单行没有太大不同：

1.  发送写命令，然后是行号和数据，后跟8个零位结束

2.  继续发送带有数据的行号，后跟8个零位

3.  最后一行数据跟着16个零位。

1. void SHM1_UpdateFull(void)
   
2. {
   
3.   uint16_t numBytes = sizeof(SHM1_DisplayBuf);
   
4.   int i, currentline, oldline;
   
5.   uint8_t *data = (uint8_t*)SHM1_DisplayBuf;
   
6. 
   
7.   /* Send the write command */
   
8.   SCEpin3_SetVal();
   
9.   WriteData(SHM1_BIT_WRITECMD | SHM1_sharpmem_vcom);
   
10.   SHM1_TOGGLE_VCOM;
    
11. 
    
12.   /* Send the address for line 1 */
    
13.   oldline = currentline = 1;
    
14.   WriteData(SHM1_RevertBits(currentline));
    
15. 
    
16.   /* Send image buffer */
    
17.   for (i=0; i<numBytes; i++) {
    
18.     WriteData(*data);
    
19.     data++;
    
20.     currentline = ((i+1)/(SHM1_HW_WIDTH/8)) + 1;
    
21.     if(currentline != oldline) {
    
22.       WriteData(0x00); /* send 8 trailing bits to finish current line */
    
23.       if (currentline <= SHM1_HW_HEIGHT) {
    
24.         /* send new line number */
    
25.         WriteData(SHM1_RevertBits(currentline));
    
26.       }
    
27.       oldline = currentline;
    
28.     }
    
29.   }
    
30.   /* Send another trailing 8 bits for the last line */
    
31.   WriteData(0x00);
    
32.   SCEpin3_ClrVal();
    
33. }

复制代码

Processor Expert组件

当然，我已经创建了一个新的Processor Expert组件来使用该显示器。 只需几分钟的时间即可显示并运行：

使用该组件时，可以使用所有其他的图形和字体组件。 该组件支持bit banged和硬件SPI：

总结

夏普Memory显示器是一个非常酷的东西。 Adafruit分线板的价格为$39.95。 虽然我花了一段时间才能使得协议正确，但现在我的知识库中有了超低功耗的显示和驱动程序。 在GitHub上有一个示例项目，并且SharpMemDisplay组件可以在GitHub上获得。

参考链接

■    Adafruit Sharp memory分线板模块：https://www.adafruit.com/products/1393

■    Adafruit Git Repo：https://github.com/adafruit/Adafruit_SHARP_Memory_Display

■    Adafruit教程：https://learn.adafruit.com/adafr ... y-breakout/overview

■    Sharp应用笔记：http://www.sharpmemorylcd.com/re ... ry_lcd_app_note.pdf

■    数据表：http://www.sharpmemorylcd.com/re ... pplication_info.pdf

■    示例项目：https://github.com/ErichStyger/m ... nyK20/tinyK20_Sharp

■    McuOnEclipse库：https://github.com/ErichStyger/McuOnEclipseLibrary