基于eInk Click电路板的墨水显示屏驱动装置

在本文中，我们将使用LPC55S69开发板和墨水屏制作一个气象站项目，并且在墨水显示屏（E-INK）上显示温度、湿度和大气压，这样我们就可以将其放在办公室的窗台上，

在项目中，我们选择了MikroElekronika公司的eInk Click电路板（MIKROE-2659）作为该显示屏的驱动。墨水屏有一个非常吸引人的功能，那就是断电保持图像。我打算关断显示屏电源，在每1分钟采样博世BME280环境传感器的数据后，将NXP LPC55S69设置为低功耗模式。该项目基于NXP LPC55S69-EVK开发板，由于该开发板自带有一个Mikroe连接器，因此可以将eInk Click电路板直接插入到EVK开发板中。墨水屏我们选择的型号是OKdo E1电路板。

OKdo E1电路板和eInk Click电路板之间的连接非常简单：它们之间采用的是SPI连接（eInk电路板没有MISO信号返回）、BUSY信号和Data / Command D /〜C信号。我使用了MCUXpresso SDK SPI驱动程序和两个GPIO信号作为控制信号。此eInk显示屏需要大约一秒钟的时间才能将图像从其显示RAM传输到显示面板，并且在此传输过程中将BUSY信号设置为高电平。在此期间，显示IC将不接受任何新命令或数据。而且，与我使用的所有基于SPI的显示屏器一样，主机微控制器会设置或清零控制线“Data / Command D /〜C”，并发出信号告知当前SPI字是命令字还是数据。

eInk Click电路板接口信号：SPI、BUSY、D /〜C

使用MCUXpresso SDK SPI驱动程序函数SPI_MasterTransferBlocking（）写入eInk显示屏。显示屏包括72 x 172个像素，每个像素都能够显示4种灰度颜色之一：白色（0b11）、灰色2（0b10）、灰色1（0b01）或黑色（0b00）。因此，共有12384个像素，如果我们将4个像素的颜色存储在一个字节中，则意味着每次屏幕刷新我们将传输3096字节的数据（加上该块之前的5个字节的控制字（将RAM X地址计数设置回零、RAM Y地址计数回到171），并在数据传输后4字节）。所有技术细节均在MikroElektronika发布的数据表epa20-ae.pdf 中。我在“横向”模式下使用屏幕。左上角的像素是像素［0，171］。当我们过渡到屏幕右侧时，列数递减为0，而当我们向下过渡屏幕时，列数递增为71，这意味着右下角的像素为［71，0］。

下面以气象站页面顶部中心的“云”符号为例。这是一个位图文件，在将传输到显示屏之前，它会写入LPC55S69内部的屏幕缓冲区中。

历史记录界面由以下各个部分组成：

● 字体：从MCUXpresso SDK中的LittleVGL图形库中获取；

● 符号（“电池充电”符号来自LittleVGL，而“温度”和“云”符号是我创建的位图）；

● 最后，可以将显示最近7天最高/最低温度和大气压力趋势的框和线直接直接绘制到屏幕上。

为了以正确的方向显示位图，必须进行一些操作。以下是实现步骤。

1）设计位图

在开始嵌入式工作之前，我们需要在Microsoft Powerpoint中模拟一些界面。这样我们将可以看到屏幕的显示方式，并轻松地移动项目。 Powerpoint的另一个优点是它具有图标库，因此我能够为屏幕选择“温度”和“天气”图标。

2）导出温度和天气符号，并调整大小

Powerpoint支持以多种格式导出幻灯片 – 我使用位图格式，然后裁剪输出，以便仅显示天气符号。有许多工具可用于调整位图的大小并将其缩小为4色灰度（我使用了GIMP）。前面我提到我们将在一个字节中存储4个垂直像素，因此我将符号的大小调整为20像素宽和16像素高。

显示20×16像素的图像（很小），因此我在上图中进行了拉伸。它的大小约为1 KB，20×16像素和2位灰度色（白色、两个灰度和黑色）。

3）格式转换

位图存储为行数组，每行宽20像素，共有16行。但是，当我们写入屏幕时，必须将数据写入列中。一种解决方案是将位图绕其对角线轴翻转：左上角的像素保持在同一位置，右上角的像素变为左下角的像素，依此类推上。考虑将图像顺时针旋转90度，然后围绕垂直轴镜像是最简单的方法，如下所示：

如果您仔细查看“之前”和“之后”图片，您会发现，当我们将第一张_row_从旋转的位图写入eInk屏幕上的一列时，我们将显示16像素的白色列。下一行将生成另一列16个白色像素，位图的第三行将云的边缘写入eInk屏幕上的一列。当我们从位图的行中读取并在屏幕上写入列时，最终将按预期显示天气符号。

4）转换为字符数组

网络上有许多位图到数组的转换器。比如：https://lvgl.io/tools/imageconverter。最终，我们得到一个看起来像这样的数组：

天气符号数组

我们可以读取数组的前两行（第26和27行），并观察到它们是4个字节的0xFF。将白色编码为0b11，我们可以看到有两行16像素的白色。云边缘的第一个像素被编码为0b10（0xF8中的“ 8”，第28行）为浅灰色（GREY2）。

5）在屏幕上显示

我编写了一个小测试程序以在eInk屏幕上显示天气符号。就像从数组weather_symbol_cloudy_grey2 ［］中读取每一行并将其写入LPC55S69内部的屏幕缓冲区一样简单。屏幕缓冲区只是一个3096字节的字节数组，从左上方的像素开始，一直向下到屏幕的左下方像素，然后返回第二列，依此类推。当我们将天气符号复制到屏幕缓冲区时，每次都需要添加行偏移量（18个字节）。由于每一列中有72个像素，因此等于18个字节。复制例程就是这样：

位图复制例程

墨水屏上显示的天气符号

将eInk CLick电路板连接到OKdo E1墨水屏电路板非常简单。接口非常简单，可以使用MCUXpresso SDK SPI驱动程序和Pins Config工具来设置SPI和GPIO引脚。 MikroElektronika在其文档中提供了足够的信息以使用显示屏，请注意查找表（LUT）和写入显示控制器内部RAM的必要命令。然后，反复尝试才能获得正确的位图写入顺序。使用lpcxpresso55s69 SDK的LitteVGL字体支持来编写各种字体和符号，我非常喜欢开发该气象站项目。
编辑：hfy