基于MSP430的電子紙驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)

　1 引言

　　電子紙(ePaper)是新一代的顯示裝置，其對比度超高，超低功耗，超薄，且可任意彎曲折疊，柔韌性良好。電子紙的應(yīng)用出現(xiàn)急速擴(kuò)大，應(yīng)用于超市價(jià)格標(biāo)簽、在手機(jī)、電子書閱讀器。電子紙已成為繼液晶與OLED之后便攜式電子裝置使用的新型顯示技術(shù)。這里提出一種采用MSP43OF413單片機(jī)的電子紙驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)方案。MSP430F413自帶LCD顯示單元，在軟件設(shè)計(jì)中可將其顯示內(nèi)存作為刷新電子紙顯示的內(nèi)存，從而節(jié)約MCU的內(nèi)存資源。

　　2 電子紙硬件設(shè)計(jì)

　　主控制器MSP430F413單片機(jī)是一種超低功耗混合信號16位單片機(jī)系列，采用16位精簡指令系統(tǒng)，125 ns指令周期，大部分指令在一個(gè)指令周期內(nèi)完成，16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，發(fā)揮最高代碼效率，而且片內(nèi)含有硬件乘法器，大大節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。該器件采用低功耗設(shè)計(jì)，具有5種低功耗模式，電壓范圍為1．8~3．6 V。在工作模式下，3 V工作電壓1 MHz工作頻率時(shí)電流為240μA；在待機(jī)模式下，電流為0．7μA；掉電模式(RAM數(shù)據(jù)保持不變)電流為0．1μA?？紤]到低功耗設(shè)計(jì)。選用 MSP430F413型單片機(jī)，在線系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出與其他單片機(jī)非常明顯的優(yōu)勢。

　　本設(shè)計(jì)采用E-INK公司段碼式電子紙，如圖1所示。電子紙是在兩層透明軟片間夾放帶靜電的有色小球，兩種顏色顆粒、分別帶正負(fù)不同靜電，膠片外面加以正負(fù)電極，由于同性排斥、異性相吸，小球位置移動(dòng)，點(diǎn)亮某段，圖2為電子墨水微膠囊剖面圖。電子紙真值表與靜態(tài)顯示液晶模塊相類似，分為SEG段和 TopPlane段，當(dāng)SEG段和TopPlane段存在一個(gè)電勢差時(shí)，電子紙中的電子墨水就會移動(dòng)，相應(yīng)段就會點(diǎn)亮和熄滅。

　　圖3為系統(tǒng)硬件連接圖，電子紙需要專門的驅(qū)動(dòng)器方可驅(qū)動(dòng)顯示，本設(shè)計(jì)的電子紙驅(qū)動(dòng)器件采用EPSON公司生產(chǎn)的S1C05112，S1C05112內(nèi)置接口電路和驅(qū)動(dòng)電子紙模塊，采用3 V供電，便于與MCU通信。電子紙驅(qū)動(dòng)模塊分別與MCU的I／O 口連接。通過I／O模擬電子紙驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)序圖。主控制器通過軟件實(shí)現(xiàn)電子紙驅(qū)動(dòng)模塊的初始化啟動(dòng)、刷新顯示和關(guān)斷。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，把程序化繁為簡，便于程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試及維護(hù)。程序設(shè)計(jì)中采用了宏定義，便于程序移植。南于電子紙每次顯示都必須全部刷新，占用控制器的大部分內(nèi)存資源，因此設(shè)計(jì)有效利用其LCD自帶RAM，將需要顯示的數(shù)據(jù)存放在其中，若想刷新顯示，只需更新LCD自帶RAM中數(shù)據(jù)并調(diào)用顯示函數(shù)即可。

?　　3．1 電子紙驅(qū)動(dòng)初始化

　　初始化內(nèi)容包括電子紙DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)置，片選使能以及時(shí)鐘信號的輸入，為顯示刷新做好充分準(zhǔn)備，圖4為通信時(shí)序圖。上電順序依次為LO_ACT．XCS，DD_ACT。

　3．2 刷新顯示電子紙

　　該函數(shù)讀取LCDRAM中的數(shù)據(jù)，通過查詢LCDRAM中的數(shù)據(jù)然后直接送到I／O端口，電子紙驅(qū)動(dòng)器件獲取顯示數(shù)據(jù)后刷新電子紙。其相關(guān)程序代碼如下：

　　3．3 低功耗設(shè)計(jì)

　　通過配置電子紙驅(qū)動(dòng)的電源模塊將其功耗降至最低，即拉低電子紙驅(qū)動(dòng)的配置位DD_ACT和LO_ACT，電子紙驅(qū)動(dòng)器件處于待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)電子紙仍可顯示，包括掉電時(shí)。

　　4 功耗分析

　　表1是整個(gè)接口的功耗分析，將MCU和S1C05112分為工作和待機(jī)兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分析。

　　由表1可以看出，整個(gè)接口的總待機(jī)電流僅為0．2μA，在運(yùn)算狀態(tài)也只有240μA，在實(shí)際應(yīng)用中顯示刷新的頻率不盡相同，240μA是系統(tǒng)工作的極限狀態(tài)，這是一般的顯示裝置所不能比擬的。

　　5 結(jié)束語

　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，人們對便攜電子產(chǎn)品的要求越來越高．超長時(shí)間待機(jī)和超薄設(shè)計(jì)是便攜產(chǎn)品最難解決的問題，電子紙的誕生完美的解決了該難題。電子紙是新生代的顯示裝置，有著其他顯示設(shè)備所無法比擬的特性，在介紹電子紙驅(qū)動(dòng)模塊與單片機(jī)接口的同時(shí)，給出電子紙顯示模塊相應(yīng)的功能子程序，由于只采用 I／O和定時(shí)器，因此這里所討論的內(nèi)容也適用于其他型號MCU。