一.前言

这一篇我们继续超级精简IO模拟系列。本篇通过IO模拟,实现驱动黑白电子书屏LS013B4DN04 1.3" 168x144. 参考屏的手册

https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/LS013B4DN04-3V_FPC-204284.pdf

https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-sharp-memory-display-breakout.pdf

注:测试环境为RP2040开发板。

二.接线

电源只需要3.3V接VIN,接GND。

信号使用3个输出引脚接CS,DI,CLK

三.显存映射

分辨率144x168，注意这里不要搞反了否则显示会不对。

V垂直方向对应Line地址144x168就是168.

H水平方向对应P，一个字节对应8列，144列需要144/8个字节。

需要显存大小是144*168/8字节。

四.时序

操作参考1文档的6.5章节。

两个重点参数帧率1~60HZ,时钟频率最大1MHz。

其他重点时序参数

tsSCS最小6uS SCS建立时间

thSCS最小2uS SCS保持时间

tsSI最小380nS 数据建立时间

thSI最小440nS 数据保持时间

twSCLKL 最低450nS 时钟低时间

twSCLKL 最低450nS 时钟高时间

SCS高有效,SCLK低时准备数据，上升沿设备采样数据。

关注以下操作，显示单行，多行和清除显示，只需要这几个操作即可，前者将存在控制器的显存刷新到液晶显示，后者清除显示为白色。

1显示单行6-5-1 Data update mode (1 line)

2显示多行6-5-2 Data Update Mode (Multiple Lines)

3清除显示6-5-4 All Clear Mode

五.驱动

1 数据结构和接口

定义基本的IO操作接口

typedef void (*ls013_io_cs_set)(uint8_t level); /**< CS输出接口 */typedef void (*ls013_io_di_set)(uint8_t level); /**< DI输出接口 */typedef void (*ls013_io_clk_set)(uint8_t level); /**< SCK输出接口 */typedef void (*ls013_io_delay)(uint32_t ns); /**< 延时接口 */typedef void (*ls013_io_init)(void); /**< 初始化 */typedef void (*ls013_io_deinit)(void); /**< 解除初始化 */

/** \struct ls013_dev_st * 设备接口结构体 */typedef struct{ ls013_io_cs_set cs_set; /**< CS输出接口 */ ls013_io_di_set di_set; /**< DI输出接口 */ ls013_io_clk_set clk_set; /**< SCK输出接口 */ ls013_io_delay delay; /**< 延时接口 */ ls013_io_init init; /**< 初始化 */ ls013_io_deinit deinit; /**< 解除初始化 */} ls013_dev_st;

定义对外接口

/** * \fn ls013_dis * 显示一帧 * \param[in] dev \ref ls013_dev_st 设备指针 * \param[in] buffer 帧缓存 * \param[in] h 水平像素点 * \param[in] v 垂直像素点*/void ls013_dis(ls013_dev_st* dev, uint8_t* buffer, uint8_t h, uint8_t v);

/** * \fn ls013_clr * 清除显示 * \param[in] dev \ref ls013_dev_st 设备指针*/void ls013_clr(ls013_dev_st* dev);

/** * \fn ls013_init * 初始化 * \param[in] dev \ref ls013_dev_st 设备指针*/void ls013_init(ls013_dev_st* dev);

/** * \fn ls013_deinit * 解除初始化 * \param[in] dev \ref ls013_dev_st 设备指针*/void ls013_deinit(ls013_dev_st* dev);

定时参数宏

/** * 时序宏定义 * tsSCS最小6uS SCS建立时间 * thSCS最小2uS SCS保持时间 * tsSI最小380nS 数据建立时间 * thSI最小440nS 数据保持时间 * twSCLKL 最低450nS 时钟低时间 * twSCLKL 最低450nS 时钟高时间 * twSCSL 最低2uS SCS低时间 * twSCSH 最低24/136uS SCS高时间*/#define TSSCS 6000#define THSCS 2000#define TSSI 380#define THSI 440#define TWSCLKL 450#define TWSCLKH 450#define TWSCSL 2000#define TWSCSH 24000

/** * 命令宏定义 * M2-M1-M0的组合*/#define CMD_ALL_CLR 0x04 /* M2 */#define CMD_NO_CLR 0x00#define CMD_VCOM_H 0x02 /* M1 */#define CMD_VCOM_L 0x00#define CMD_MODE_UPDATE 0x01 /* M0 */#define CMD_MODE_DISPLAY 0x00

发送字节实现

/** * \fn ls013_write_byte * 发送一个字节*/static void ls013_write_byte(ls013_dev_st* dev, uint8_t val){ /* 默认SCLK为0 */ dev->clk_set(0);

for(int i=0; i<8; i++) { if((val & 0x01) != 0) { dev->di_set(1); } else { dev->di_set(0); } if(dev->delay != 0) { dev->delay(TWSCLKL); /* 足够数据建立时间 TWSCLKL>TSSI */ } dev->clk_set(1); /* SCK上升沿触发对方采样 */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TWSCLKH); /* 足够数据保持时间 TWSCLKH>THSI */ } /* 恢复SCLK为0 */ dev->clk_set(0); val >>= 1; /* 准备下一位, 低位在前发送 */ }}

2设置模式实现

/** * \fn ls013_set_mode * 设置m2-m1-m0 * \param[in] dev \ref ls013_dev_st 设备指针 * \param[in] mode m2-m1-m0的组合*/static void ls013_set_mode(ls013_dev_st* dev, uint8_t mode){ if(dev == 0) { return; } if((dev->clk_set == 0) || (dev->cs_set == 0) || (dev->di_set == 0)) { return; } dev->cs_set(1); /* 拉高SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待TSSCS */ } ls013_write_byte(dev,mode); /* M2-M1-M0 */ ls013_write_byte(dev,0x00); /* dummy */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待THSCS */ } dev->cs_set(0); /* 拉低SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TWSCSL); /* 等待TWSCSL */ }}

3单行显示

void ls013_dis_line(ls013_dev_st* dev, uint8_t* buffer, uint8_t h, uint8_t line){ uint8_t index = 0;

dev->cs_set(1); /* 拉高SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待TSSCS */ }

ls013_write_byte(dev,CMD_NO_CLR | CMD_VCOM_L | CMD_MODE_UPDATE); /* M2-M1-M0 */ ls013_write_byte(dev,line+1); /* line地址,从1开始 */ for(int j=0; j<h/8; j++) { ls013_write_byte(dev,buffer[index++]); /* 数据 */ }

ls013_write_byte(dev,0); /* 最后16个CLK dummy */ ls013_write_byte(dev,0); if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待THSCS */ } dev->cs_set(0); /* 拉低SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TWSCSL); /* 等待TWSCSL */ }}

4多行显示

基于单行更新实现，或者直接使用多行更新。

void ls013_dis(ls013_dev_st* dev, uint8_t* buffer, uint8_t h, uint8_t v){#if 1 uint8_t index = 0; if(dev == 0) { return; } if((dev->clk_set == 0) || (dev->cs_set == 0) || (dev->di_set == 0)) { return; } dev->cs_set(1); /* 拉高SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待TSSCS */ }

for(int i=0; i<v; i++) { if(i==0) { ls013_write_byte(dev,CMD_NO_CLR | CMD_VCOM_L | CMD_MODE_UPDATE); /* M2-M1-M0 */ } else { ls013_write_byte(dev,0); } ls013_write_byte(dev,i+1); /* line地址,从1开始 */ for(int j=0; j<h/8; j++) { ls013_write_byte(dev,buffer[index++]); /* 数据 */ } } ls013_write_byte(dev,0); /* 最后16个CLK dummy */ ls013_write_byte(dev,0); if(dev->delay != 0) { dev->delay(TSSCS); /* 等待THSCS */ } dev->cs_set(0); /* 拉低SCS */ if(dev->delay != 0) { dev->delay(TWSCSL); /* 等待TWSCSL */ }

//ls013_set_mode(dev, CMD_NO_CLR | CMD_VCOM_L | CMD_MODE_DISPLAY);#else for(int i=0; i<v; i++) { ls013_dis_line(dev, buffer+i*(h/8), h, i); }#endif}

逻辑分析仪测试如下

5清除显示

void ls013_clr(ls013_dev_st* dev){ ls013_set_mode(dev, CMD_ALL_CLR | CMD_VCOM_L | CMD_MODE_DISPLAY);}

逻辑分析测量如下

6初始化解除初始化

void ls013_init(ls013_dev_st* dev){ if(dev == 0) { return; } if(dev->init == 0) { return; } dev->init();}

void ls013_deinit(ls013_dev_st* dev){ if(dev == 0) { return; } if(dev->deinit == 0) { return; } dev->deinit();

}

7 测试

实现ls013_lcd.h

#ifndef LS013_LCD_H#define LS013_LCD_H

#ifdef __cplusplus extern "C"{#endif

#define LCD_H (uint8_t)144#define LCD_V (uint8_t)168

void lcd_init(void);void lcd_deinit(void);void lcd_sync(void);void lcd_fill(uint8_t val);void lcd_set_pixel(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t val);uint8_t lcd_get_pixel(uint8_t x, uint8_t y);

#ifdef __cplusplus }#endif

#endif

实现ls013_lcd.c

#include "ls013.h"#include "ls013_lcd.h"#include "pico/stdlib.h"#include <string.h>

uint8_t lcd_buffer[LCD_V*LCD_H/8];

void ls013_port_init(void){ gpio_init(2); gpio_set_dir(2, GPIO_OUT); gpio_put(2, 0);

gpio_init(3); gpio_set_dir(3, GPIO_OUT); gpio_put(3, 0);

gpio_init(4); gpio_set_dir(4, GPIO_OUT); gpio_put(4, 0);}

void ls013_port_deinit(void){

}

void ls013_port_cs_set(uint8_t val){ if(val == 0) { gpio_put(2, 0); } else { gpio_put(2, 1); }}

void ls013_port_di_set(uint8_t val){ if(val == 0) { gpio_put(3, 0); } else { gpio_put(3, 1); }}

void ls013_port_clk_set(uint8_t val){ if(val == 0) { gpio_put(4, 0); } else { gpio_put(4, 1); }}

void ls013_port_delay(uint32_t ns){ sleep_us((ns+999)/1000);}

ls013_dev_st ls013_dev ={ .cs_set = ls013_port_cs_set, .di_set = ls013_port_di_set, .clk_set = ls013_port_clk_set, .delay = ls013_port_delay, .init = ls013_port_init, .deinit = ls013_port_deinit, };

void lcd_init(void){ memset(lcd_buffer,0,sizeof(lcd_buffer)); ls013_init(&ls013_dev); ls013_clr(&ls013_dev);}

void lcd_deinit(void){ ls013_deinit(&ls013_dev);}

void lcd_sync(void){ ls013_dis(&ls013_dev, lcd_buffer, LCD_H, LCD_V);}

void lcd_fill(uint8_t val){ memset(lcd_buffer,val,sizeof(lcd_buffer)); ls013_dis(&ls013_dev, lcd_buffer, LCD_H, LCD_V);}

void lcd_set_pixel(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t val){ uint8_t byte; uint8_t offset; byte = x>>3; offset = x&0x07; if(val != 0) { lcd_buffer[y*(LCD_H/8)+byte] |= ((uint8_t)1<<offset); } else { lcd_buffer[y*(LCD_H/8)+byte] &= ~((uint8_t)1<<offset); }}

uint8_t lcd_get_pixel(uint8_t x, uint8_t y){ uint8_t byte; uint8_t offset; byte = x>>3; offset = x&0x07;

return ((lcd_buffer[y*(LCD_H/8)+byte] & ((uint8_t)1<<offset)) == 0) ? 0 : 1;

}

测试代码如下，黑白刷屏

lcd_init(); while (true) { for(int i=0; i<LCD_H; i++) { for(int j=0; j<LCD_V; j++) { lcd_set_pixel(i,j,1); } } lcd_sync(); //lcd_fill(0xFF); sleep_ms(1000); for(int i=0; i<LCD_H; i++) { for(int j=0; j<LCD_V; j++) { lcd_set_pixel(i,j,0); } } lcd_sync(); //lcd_fill(0); sleep_ms(1000); }

六.移植GUI

参见以下链接不再赘述

http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1271866-1-1.html

http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1271865-1-1.html

七.总结

以上通过IO模拟驱动黑白电子书屏LS013B4DN04 1.3" 168x144，代码非常简单具备良好的可移植性，可以快速移植使用。

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超级精简系列之十八:超级精简的IO模拟驱动黑白电子书屏LS013B4DN04 1.3" 168x144