2024-06-23碼農

從零開始：編寫你的第一個e-Ink顯示驅動程式

在數位化和資訊化的今天， e-Ink 技術因其獨特的顯示特性和低能耗優勢，越來越受到廣泛的套用。從電子閱讀器到智慧型手錶，再到新型的廣告牌， e-Ink 無處不在。本篇文章將詳細介紹 e-Ink 技術的工作原理和套用場景，並帶你從零開始編寫一個 e-Ink 顯示驅動程式。我們將提供詳細的程式碼範例和註釋，幫助初學者理解關鍵步驟，並討論在驅動開發過程中可能遇到的挑戰和解決策略。

e-Ink技術的工作原理和套用場景

e-Ink （電子墨水）是一種利用電泳技術的顯示技術。其工作原理基於電泳現象，即帶電粒子在電場作用下的運動。 e-Ink 顯示器由數百萬個微小的膠囊組成，每個膠囊內包含帶電的黑色和白色微粒。當電場作用於這些膠囊時，黑色和白色微粒會移動到顯示器表面，從而形成影像。

工作原理詳解

1. 膠囊結構 ：每個膠囊大約只有頭發絲直徑的1/10，內含黑色和白色微粒。黑色微粒帶負電，白色微粒帶正電。
2. 電場作用 ：透過控制電場的方向，可以改變微粒的位置。例如，施加一個正電場，黑色微粒會移至膠囊頂部，白色微粒則沈至底部，顯示黑色。
3. 影像形成 ：透過控制不同膠囊的電場，可以形成各種影像。由於 e-Ink 顯示器是反射型顯視器，不需要背光，因此在陽光下可見度極高。

套用場景

• 電子閱讀器 ： e-Ink 技術最廣泛的套用便是電子閱讀器，如 Kindle 。其低能耗和紙質書般的閱讀體驗，使其成為閱讀愛好者的首選。

• 智慧型手錶 ：一些智慧型手錶利用 e-Ink 螢幕來延長電池壽命，同時提供良好的戶外可讀性。

• 廣告牌 ：新型的數位廣告牌也開始采用 e-Ink 技術，以降低能耗和提高可讀性。

從零開始編寫e-Ink顯示驅動

接下來，我們將從零開始編寫一個簡單的 e-Ink 顯示驅動程式。我們選用一種常見的 e-Ink 顯示器型號，並使用 Raspberry Pi 作為驅動硬體。

硬體準備

1. ** Raspberry Pi **：選擇任意型號的 Raspberry Pi ，如 Raspberry Pi 3 或 Raspberry Pi 4 。
2. e-Ink 顯示器 ：我們以 Waveshare 2.7寸e-Ink 顯示器為例。
3. 連線線 ：確保有合適的連線線將 e-Ink 顯示器連線到 Raspberry Pi 。

軟體準備

1. 安裝 Raspbian 作業系統。
2. 安裝必要的庫和工具：
sudo apt-get updatesudo apt-get install python3-pipsudo pip3 install RPi.GPIO spidev

接線圖

將 e-Ink 顯示器與 Raspberry Pi 連線。以下是針腳連線示意：

• VCC -> 3.3V

• GND -> GND

• DIN -> MOSI

• CLK -> SCLK

• CS -> CE0

• DC -> GPIO 25

• RST -> GPIO 17

• BUSY -> GPIO 24

編寫驅動程式

在編寫驅動程式前，我們需要了解 e-Ink 顯示器的通訊協定和控制命令。 e-Ink 顯示器通常使用 SPI 通訊協定，並透過一系列命令控制顯示器的重新整理和顯示。

初始化顯示器

首先，我們需要初始化顯示器，包括設定 SPI 介面和初始化 GPIO 針腳。

import spidevimport RPi.GPIO as GPIOimport time# Define GPIO pinsRST_PIN = 17DC_PIN = 25CS_PIN = 8BUSY_PIN = 24# Initialize SPIspi = spidev.SpiDev(0, 0)spi.max_speed_hz = 4000000# Initialize GPIOGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(RST_PIN, GPIO.OUT)GPIO.setup(DC_PIN, GPIO.OUT)GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT)GPIO.setup(BUSY_PIN, GPIO.IN)defdigital_write(pin, value): GPIO.output(pin, value)defdigital_read(pin):return GPIO.input(pin)defdelay_ms(milliseconds): time.sleep(milliseconds / 1000.0)

復位和等待函式

在初始化完成後，我們需要編寫復位和等待函式，以確保顯示器在正確的狀態下執行命令。

defreset(): digital_write(RST_PIN, GPIO.HIGH) delay_ms(200) digital_write(RST_PIN, GPIO.LOW) delay_ms(200) digital_write(RST_PIN, GPIO.HIGH) delay_ms(200)defwait_until_idle():while digital_read(BUSY_PIN) == 0: # 0: busy, 1: idle delay_ms(100)

發送命令和數據函式

接下來，我們需要編寫發送命令和數據的函式，這些函式將透過 SPI 介面與 e-Ink 顯示器通訊。

defsend_command(command):digital_write(DC_PIN, GPIO.LOW)digital_write(CS_PIN, GPIO.LOW)spi.writebytes([command])digital_write(CS_PIN, GPIO.HIGH)defsend_data(data):digital_write(DC_PIN, GPIO.HIGH)digital_write(CS_PIN, GPIO.LOW)spi.writebytes([data]) digital_write(CS_PIN, GPIO.HIGH)

初始化顯示器命令

透過發送一系列初始化命令，我們可以將顯示器初始化到可用狀態。

definit_display(): reset() send_command(0x01) # DRIVER_OUTPUT_CONTROL send_data(0xC7) send_data(0x00) send_data(0x01) send_command(0x11) # DATA_ENTRY_MODE_SETTING send_data(0x01) send_command(0x44) # SET_RAM_X_ADDRESS_START_END_POSITION send_data(0x00) send_data(0x18) # 128/8 - 1 send_command(0x45) # SET_RAM_Y_ADDRESS_START_END_POSITION send_data(0xC7) # 199 send_data(0x00) send_data(0x00) send_data(0x00) send_command(0x3C) # BORDER_WAVEFORM_CONTROL send_data(0x01) send_command(0x18) # TEMP_SENSOR_CONTROL send_data(0x80) send_command(0x21) # DISPLAY_UPDATE_CONTROL_2 send_data(0x80) send_data(0x80) send_command(0x4E) # SET_RAM_X_ADDRESS_COUNTER send_data(0x00) send_command(0x4F) # SET_RAM_Y_ADDRESS_COUNTER send_data(0xC7) send_data(0x00) wait_until_idle()

顯示影像

將影像數據寫入顯示器的記憶體，並重新整理顯示器以顯示影像。

defdisplay_image(image_data): send_command(0x24)for byte in image_data: send_data(byte) send_command(0x22) # DISPLAY_UPDATE_CONTROL_2 send_data(0xC7) send_command(0x20) # MASTER_ACTIVATION wait_until_idle()

主程式

將上述步驟整合到一個主程式中，實作簡單的影像顯示。

if __name__ == "__main__":try: init_display()# Example image data (for demonstration purposes) image_data = [0xFF] * (128 * 296// 8) display_image(image_data)print("Display updated successfully!") except Exceptionas e:print(f"An error occurred: {e}")finally: GPIO.cleanup()