基于MSP430的電子紙驅動接口設計

　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。電子紙的應用出現急速擴大，應用于超市價格標簽、在手機、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。這里提出一種采用MSP43OF413單片機的電子紙驅動接口設計方案。MSP430F413自帶LCD顯示單元，在軟件設計中可將其顯示內存作為刷新電子紙顯示的內存，從而節約MCU的內存資源。

　　2 電子紙硬件設計

　　主控制器MSP430F413單片機是一種超低功耗混合信號16位單片機系列，采用16位精簡指令系統，125 ns指令周期，大部分指令在一個指令周期內完成，16位寄存器和常數發生器，發揮最高代碼效率，而且片內含有硬件乘法器，大大節省運算時間。該器件采用低功耗設計，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工作頻率時電流為240μA；在待機模式下，電流為0．7μA；掉電模式(RAM數據保持不變)電流為0．1μA。考慮到低功耗設計。選用 MSP430F413型單片機，在線系統設計、開發調試及實際應用上都表現出與其他單片機非常明顯的優勢。

　　本設計采用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、分別帶正負不同靜電，膠片外面加以正負電極，由于同性排斥、異性相吸，小球位置移動，點亮某段，圖2為電子墨水微膠囊剖面圖。電子紙真值表與靜態顯示液晶模塊相類似，分為SEG段和 TopPlane段，當SEG段和TopPlane段存在一個電勢差時，電子紙中的電子墨水就會移動，相應段就會點亮和熄滅。

　　圖3為系統硬件連接圖，電子紙需要專門的驅動器方可驅動顯示，本設計的電子紙驅動器件采用EPSON公司生產的S1C05112，S1C05112內置接口電路和驅動電子紙模塊，采用3 V供電，便于與MCU通信。電子紙驅動模塊分別與MCU的I／O 口連接。通過I／O模擬電子紙驅動模塊時序圖。主控制器通過軟件實現電子紙驅動模塊的初始化啟動、刷新顯示和關斷。

　　3 軟件設計

　　軟件部分采用模塊化的設計思想，把程序化繁為簡，便于程序的設計、調試及維護。程序設計中采用了宏定義，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存資源，因此設計有效利用其LCD自帶RAM，將需要顯示的數據存放在其中，若想刷新顯示，只需更新LCD自帶RAM中數據并調用顯示函數即可。

?　　3．1 電子紙驅動初始化

　　初始化內容包括電子紙DC-DC轉換器設置，片選使能以及時鐘信號的輸入，為顯示刷新做好充分準備，圖4為通信時序圖。上電順序依次為LO_ACT．XCS，DD_ACT。

　3．2 刷新顯示電子紙

　　該函數讀取LCDRAM中的數據，通過查詢LCDRAM中的數據然后直接送到I／O端口，電子紙驅動器件獲取顯示數據后刷新電子紙。其相關程序代碼如下：

　　3．3 低功耗設計

　　通過配置電子紙驅動的電源模塊將其功耗降至最低，即拉低電子紙驅動的配置位DD_ACT和LO_ACT，電子紙驅動器件處于待機狀態。此時電子紙仍可顯示，包括掉電時。

　　4 功耗分析

　　表1是整個接口的功耗分析，將MCU和S1C05112分為工作和待機兩個狀態進行分析。

　　由表1可以看出，整個接口的總待機電流僅為0．2μA，在運算狀態也只有240μA，在實際應用中顯示刷新的頻率不盡相同，240μA是系統工作的極限狀態，這是一般的顯示裝置所不能比擬的。

　　5 結束語

　　隨著現代電子技術的發展，人們對便攜電子產品的要求越來越高．超長時間待機和超薄設計是便攜產品最難解決的問題，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，有著其他顯示設備所無法比擬的特性，在介紹電子紙驅動模塊與單片機接口的同時，給出電子紙顯示模塊相應的功能子程序，由于只采用 I／O和定時器，因此這里所討論的內容也適用于其他型號MCU。