基于MM32的电子墨水屏应用及SPI发送9-BIT数据的实现

发表于 2022-2-21 17:32

电子墨水屏

回忆当中，第一接触电子墨水屏还是从Kindle这个电子书开始的，起初不知道它是怎么个显示原理，拿到手后体验显示刷新界面时曾一度无法适应，感觉很**肋，就是为了省电么……后来百度电子墨水屏的显示原理以及结构组成后，感觉相对于传统的LCD显示而言，优势是相当的明显（视觉感观、待机功耗）；从开始的整体刷新显示，到后面可以局部刷新显示、从开始的单色显示，到后面的彩色（多色）显示，灰度显示，对于电子墨水屏的显示技术都在不断的发展，其应用领域也越来越多，我们常见的电子标签、某宝上热卖的背单词的产品都是使用电子墨水屏实现的。

MM32F3270低功耗

MM32F3270系列芯片有六种低功耗模式，包括低功耗运行（Lower Power Run）、睡眠（Sleep）、低功耗睡眠（Low Power Sleep）、停机（Stop）、深度停机（Deep Stop）和待机模式（Standby）。结合电子墨水屏应用实现的电子标签，只有当MCU在更新显示的时候才需要消耗电流，而在低功耗模式时，MCU的工作电流则可以降达到微安（uA）级别，可以在极大程度上延长产品的使用寿命。用户可以根据电源消耗不同、唤醒时间不同、唤醒源不同，结合应用需求，来选择最佳的低功耗模式，具体的低功耗模式列表如下所示：

MM32F3270 SPI

MM32F3270系列MCU最多支持3路SPI接口，而且SPI接口支持接收和发送1~32位数据同时进行，并且支持LSB格式和MSB格式的数据；结合这一特性，通过设置GCTL寄存器的DW8_32位来使32位数据都有效，通过配置EXTCTL寄存来控制SPI数据位长度，与电子墨水屏的SPI接口进行数据通讯，实现对电子墨水屏的显示控制。

基于MM32F3270的SPI FLASH下载算法

之前我们有介绍基于NOR FLASH的下载算法，SPI FLASH与NOR FLASH的访问方式不同，所以在实现把数据下载到SPI FLASH时，需要按照如下的操作步骤：

首先通过KEIL自带的下载算法工程模板，基于MM32F3270去新建一个SPI FLASH下载算法工程，这个可以参考之前的NOR FLASH下载算法工程，唯一的区别就是一个是FSMC去操作NOR FLASH，一个是通过SPI来操作SPI FLASH，其思路是一样的；

其次是基于MM32F3270新建一个空的工程，只需要启动文件的最简工程，官方的驱动库文件都可以不用添加到工程当中；然后将需要下载到SPI FLASH的资源添加这个工程中，并将这个资源的存储地址指向自己定义的存储空间，然后在程序中，记得一定要引用（使用）这个资源，才不会被KEIL优化掉，然后编译进行下载；下载之前SPI FLASH中就有我们所需要的资源数据了，但MCU中也有一个空跑的，无用的程序；

最后，就是下载一个我们通用的应用程序到MCU内部FLASH中，复位并运行；这个时候，应用程序就可以读取SPI FLASH中的资源数据了；

当然SPI FLASH的下载方式很多，有专门的烧录工具，也可能通过J-LINK来烧写，更有甚者通过MCU的应用程序来烧写SPI FLASH，而通过FLM下载算法的方式也仅仅是其中一种。

原理图

基于MM32F3270的最小系统，预留SWD程序调试/烧录接口和BOOT配置拨动开关，带有一颗用户LED指示灯和一个SPI FLASH存储芯片，SPI FLASH存储芯片预留SPI烧录接口；对于SPI FLASH的作用是存储电子墨水屏的显示数据，预留的烧录接口可以使用SPI FLASH专用的烧录工具，也可以使用J-LINK进行烧录，或者是通过MCU的下载算法来下载/烧录数据。

开发板供5V电源，通过LDO转换成3.3V作为系统工作电压；添加CH340（USB与UART TTL）方便程序调试和打印运行日志信息；参考官方的电子墨水屏参考电路，间隔0.5毫米的24PIN FPC软排线，支持佳显的2.13寸、2.9寸、4.2寸等多个尺寸的电子墨水屏；通过对R3电阻的选焊可以切换电子墨水屏的通讯控制方式；

PCB设计

回板焊接

整机效果

要是再有个外壳，就更NICE啦

MM32F3270 SPI驱动电子墨水屏实现代码：

实现方式1：GPIO

使用GPIO的高低电平设置，适当的添加延时处理，来达到电子墨水屏的SPI操作时序要求，完成MCU与电子墨水屏之前的数据通讯，具体的配置和实现代码如下所示：

复制

/*******************************************************************************

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]       

 * @param       

 * @retval      

 * [url=home.php?mod=space&uid=93590]@Attention[/url]   

*******************************************************************************/

void EPAPER_InitSPI1(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;



    RCC_AHBPeriphClockCmd(EPAPER_CS_RCC, ENABLE);



    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = EPAPER_CS_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_Init(EPAPER_CS_GPIO, &GPIO_InitStructure);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN, Bit_SET);



    RCC_AHBPeriphClockCmd(EPAPER_SCK_RCC, ENABLE);



    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = EPAPER_SCK_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_Init(EPAPER_SCK_GPIO, &GPIO_InitStructure);



    RCC_AHBPeriphClockCmd(EPAPER_SDI_RCC, ENABLE);



    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = EPAPER_SDI_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_Init(EPAPER_SDI_GPIO, &GPIO_InitStructure);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_SPI_WriteData(uint32_t Data)

{

    uint8_t i = 0;



    GPIO_WriteBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN, Bit_RESET);



    for(i = 0; i < 8; i++)

    {

        if(Data & (0x80 >> i))

        {

            GPIO_WriteBit(EPAPER_SDI_GPIO, EPAPER_SDI_PIN, Bit_SET);

        }

        else

        {

            GPIO_WriteBit(EPAPER_SDI_GPIO, EPAPER_SDI_PIN, Bit_RESET);

        }



        GPIO_WriteBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN, Bit_SET);

        GPIO_WriteBit(EPAPER_SCK_GPIO, EPAPER_SCK_PIN, Bit_RESET);

    }

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WaitBusy(void)

{

    while(GPIO_ReadInputDataBit(EPAPER_BUSY_GPIO, EPAPER_BUSY_PIN));

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteCMD(uint8_t Command)

{

    GPIO_WriteBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN, Bit_RESET);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN, Bit_RESET);



    EPAPER_SPI_WriteData(Command);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN, Bit_SET);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteDAT(uint8_t Data)

{

    GPIO_WriteBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN, Bit_RESET);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN, Bit_SET);



    EPAPER_SPI_WriteData(Data);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_CS_GPIO, EPAPER_CS_PIN, Bit_SET);

}

实现方式2：8位标准SPI + DC命令/数据控制线

将原理图上的R3电阻焊接上，则MCU与电子墨水屏之间则是通过DC引脚的高低电平来区分数据还是指令，SPI此时需传输标准的8位数据，使MCU与电子墨水屏之间建立通讯，具体的配置和实现代码如下所示：

复制

/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_InitSPI1(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;



    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_SPI1, ENABLE);



    SPI_StructInit(&SPI_InitStructure);

    SPI_InitStructure.SPI_Mode              = SPI_Mode_Master;

    SPI_InitStructure.SPI_DataSize          = SPI_DataSize_8b;

    SPI_InitStructure.SPI_DataWidth         = SPI_DataWidth_8b;

    SPI_InitStructure.SPI_CPOL              = SPI_CPOL_Low;

    SPI_InitStructure.SPI_CPHA              = SPI_CPHA_1Edge;

    SPI_InitStructure.SPI_NSS               = SPI_NSS_Soft;

    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;

    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit          = SPI_FirstBit_MSB;

    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);



    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);



    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);



    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_5);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_5);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_5);



    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);



    SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI1, SPI_Direction_Tx);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_SPI_WriteData(uint32_t Data)

{

    __asm volatile("cpsid i");

    WRITE_REG(SPI1->TDR, Data);

    __asm volatile("cpsie i");

    while(!SPI_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_TXEPT));

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WaitBusy(void)

{

    while(GPIO_ReadInputDataBit(EPAPER_BUSY_GPIO, EPAPER_BUSY_PIN));

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteCMD(uint8_t Command)

{

    SPI_CSInternalSelected(SPI1, ENABLE);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN, Bit_RESET);



    EPAPER_SPI_WriteData(Command);



    SPI_CSInternalSelected(SPI1, DISABLE);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteDAT(uint8_t Data)

{

    SPI_CSInternalSelected(SPI1, ENABLE);



    GPIO_WriteBit(EPAPER_DC_GPIO, EPAPER_DC_PIN, Bit_SET);



    EPAPER_SPI_WriteData(Data);



    SPI_CSInternalSelected(SPI1, DISABLE);

}

实现方式3：9位SPI

将原理图上的R3电阻去除掉，此时DC引脚需要一直处于低电平状态，电子墨水屏不根据DC引脚的电平状态来区分数据或指令，此时要求SPI通讯必须传输9位数据位，第一位的0或是1来代替DC引脚的功能，区分后面的8位数据是数据还是指令，具体的配置和实现代码如下所示：

复制

/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_InitSPI1(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;



    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_SPI1, ENABLE);



    SPI_StructInit(&SPI_InitStructure);

    SPI_InitStructure.SPI_Mode              = SPI_Mode_Master;

    SPI_InitStructure.SPI_DataSize          = SPI_DataSize_32b;

    SPI_InitStructure.SPI_DataWidth         = SPI_DataWidth_9b;

    SPI_InitStructure.SPI_CPOL              = SPI_CPOL_Low;

    SPI_InitStructure.SPI_CPHA              = SPI_CPHA_1Edge;

    SPI_InitStructure.SPI_NSS               = SPI_NSS_Soft;

    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;

    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit          = SPI_FirstBit_MSB;

    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);



    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);



    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);



    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_5);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_5);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_5);



    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);



    SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI1, SPI_Direction_Tx);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_SPI_WriteData(uint32_t Data)

{

    __asm volatile("cpsid i");

    WRITE_REG(SPI1->TDR, Data);

    __asm volatile("cpsie i");

    while(!SPI_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_TXEPT));

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WaitBusy(void)

{

    while(GPIO_ReadInputDataBit(EPAPER_BUSY_GPIO, EPAPER_BUSY_PIN));

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteCMD(uint8_t Command)

{

    SPI_CSInternalSelected(SPI1, ENABLE);



    EPAPER_SPI_WriteData(Command & 0xFFFFFEFF);



    SPI_CSInternalSelected(SPI1, DISABLE);

}





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_WriteDAT(uint8_t Data)

{

    SPI_CSInternalSelected(SPI1, ENABLE);



    EPAPER_SPI_WriteData(Data | 0x00000100);



    SPI_CSInternalSelected(SPI1, DISABLE);

}

演示实现代码：

复制

/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_Init(void)

{

    EPAPER_InitGPIO();

    EPAPER_InitSPI1();



    EPAPER_NORMAL_Init();

    EPAPER_NORMAL_Display(gImage_MM32);

    SysTick_DelayMS(1000);



    EPAPER_NORMAL_Init();

    EPAPER_WriteRAM_BaseMAP(gImage_**);

    

    EPAPER_PARTIAL_Init();

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM1, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM2, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM3, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM4, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM5, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM6, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM7, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM8, 1); SysTick_DelayMS(250);

    EPAPER_PARTIAL_Display(0, 32, 32, 32, gImage_NUM9, 1); SysTick_DelayMS(250);



    EPAPER_NORMAL_Init();

    EPAPER_WriteRAM_BaseMAP(gImage_CLOCK);



    EPAPER_PARTIAL_Init();



    for(uint32_t i = 0; i < 60 * 60; i++)

    {

        uint8_t Minute = i / 60;

        uint8_t Second = i % 60;



        EPAPER_PARTIAL_DisplayClock(32,  90, (const uint8_t *)&gImage_TIME[256 * (Second % 10)],

                                    32, 122, (const uint8_t *)&gImage_TIME[256 * (Second / 10)],

                                    24, 162, (const uint8_t *)&gImage_TIME[256 * 10],

                                    32, 204, (const uint8_t *)&gImage_TIME[256 * (Minute % 10)],

                                    32, 236, (const uint8_t *)&gImage_TIME[256 * (Minute / 10)], 32, 64);



        if((Minute == 0) && (Second == 18))

        {

            goto EPAPER_CLEAR;

        }



        SysTick_DelayMS(1000);

    }



EPAPER_CLEAR:

    EPAPER_NORMAL_Init();

    EPAPER_WriteRAM_BaseMAP(gImage_PANDA);



    EPAPER_PARTIAL_Init();

}





uint8_t EPAPER_SHELL_Index = 0;





/*******************************************************************************

 * @brief       

 * @param       

 * @retval      

 * @attention   

*******************************************************************************/

void EPAPER_Handler(void)

{

    const uint8_t *Image = NULL;



    if(EPAPER_SHELL_Index != 0)

    {

        switch(EPAPER_SHELL_Index)

        {

            case 1 : Image = gImage_1; break;

            case 2 : Image = gImage_2; break;

            case 3 : Image = gImage_3; break;

            case 4 : Image = gImage_4; break;

            case 5 : Image = gImage_5; break;

            case 6 : Image = gImage_6; break;

            case 7 : Image = gImage_7; break;

            case 8 : Image = gImage_8; break;

            case 9 : Image = gImage_9; break;

            case 10: Image = gImage_0; break;

            default:

                EPAPER_NORMAL_Init();

                EPAPER_NORMAL_Clear(0x00);



                EPAPER_NORMAL_Init();

                EPAPER_NORMAL_Clear(0xFF);



                SysTick_DelayMS(100);



                EPAPER_DeepSleep();

                break;

        }



        if(Image != NULL)

        {

            EPAPER_PARTIAL_Display(0, 48, 48, 48, Image, 1);

        }



        EPAPER_SHELL_Index = 0;

    }

}

运行效果：

原理图：

Schematic_E-Paper_2022-02-17.pdf (148.43 KB, 下载次数: 15)

电子墨水屏手册：

GDEH0213B72.PDF (1.11 MB, 下载次数: 25)

GDEM029E97.PDF (1.29 MB, 下载次数: 19)

软件工程源代码：

Template_2.9.zip (805.21 KB, 下载次数: 31)

续

对于显示资源不多的，可能MCU内部FLASH存储空间就足够了；对于一个电子小说，一个大容量的SPI FLASH可能也可以满足需求了；对于更丰富的应用，作为MM32F3270系列的MCU，有着FSMC接口控制器，可以扩展容量更大的NOR FLASH，来实现应用资源的存储。

发表于 2022-2-24 18:28

** 相当不错

发表于 2022-2-25 08:40

很详细

发表于 2022-2-25 09:32

很详细，楼主很棒啊

发表于 2022-3-2 15:03

请问什么是电子墨水屏啊

发表于 2022-3-2 15:10

咦这个屏幕很不错啊

发表于 2022-3-2 15:24

整个做的都很细腻

发表于 2022-3-2 15:33

这个是个彩屏吗

发表于 2022-3-2 15:40

应该比较节省内部资源

发表于 2022-3-2 15:49

如果不闪的话刷新率最快得多少啊

发表于 2022-3-2 15:52

晓伍发表于 2022-3-2 15:49
如果不闪的话刷新率最快得多少啊

如果不闪就是局部更新，不是局部更新就肯定会闪；墨水屏的特性……刷新速度没测试过……

发表于 2022-3-3 12:25

感谢楼主分享

发表于 2022-3-3 17:27

感谢楼主分享

发表于 2022-3-4 14:19

电子墨水屏价格太贵了。

发表于 2022-3-4 14:25

SPI是硬件spi吗

发表于 2022-3-4 17:49

ccook11 发表于 2022-3-4 14:25
SPI是硬件spi吗

是的

发表于 2022-3-4 18:50

电子墨水屏切屏是硬伤

[MM32生态] 基于MM32的电子墨水屏应用及SPI发送9-BIT数据的实现

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