PICを使って電子ペーパー の時計を作ろうという企画です（うまくいかどうか？）。電子ペーパー の動作を確認するために、電子ペーパー のメーカーであるWaveShareのサンプルプログラムをArduino で動かして、それを自分なりにアレンジして数字を書き換えるという動作をやってみました。Arduino で電子ペーパー を動かす記事の第一回はこちら。alasixosaka.hatenablog.com alasixosaka.hatenablog.com 電子ペーパー を動かしてみるシリーズになります。最終的に時計を作成しようと思っていますが、さてどうなりますか。Arduino で動かしていたプログラムを移植することから始めます。すなわち、電子ペーパー に小さな数字を書いてみるプログラムです。
PIC16F19155と電子ペーパー を繋ぐ PIC側は、前回同様SPIにMSPP1を使いました。今回は、電子ペーパー が受け側だけですので、MISOは繋いでいません。RC4 、CLKがRB0、CSがRC3です。電子ペーパー と接続するためには、それ以外に、DC、RST、BUSYの3端子を繋ぐ必要があるので、DCはRB1、RSTはRB2、BUSYはRC7に繋ぎました。電子ペーパー はFrizingにパーツがなかったので、LCD モジュールの絵で代用しています。右から順に、VCC、GND、DIN（MOSI)、CLK、CS、DC、RST、BUSYです。Arduino のプログラムをほぼそのまま移植したので説明するまでもないと思います。どちらもC系の言語で書かれているので対して苦労はしませんでした。今回は、テストが目的なので、フォントサイズの小さな０と１を交互に表示するプログラムになっています。SPIのモードは０です。
#include <xc.h>
#include<stdbool.h>
// CONFIG1
#pragma config FEXTOSC = OFF // External Oscillator mode selection bits->Oscillator not enabled
#pragma config RSTOSC = HFINT1 // Power-up default value for COSC bits->HFINTOSC (1MHz)
#pragma config CLKOUTEN = OFF // Clock Out Enable bit->CLKOUT function is disabled; i/o or oscillator function on OSC2
#pragma config VBATEN = OFF // VBAT Pin Enable bit->VBAT functionality is disabled
#pragma config LCDPEN = OFF // LCD Charge Pump Mode bit->LCD Charge Pump is disabled.
#pragma config CSWEN = ON // Clock Switch Enable bit->Writing to NOSC and NDIV is allowed
#pragma config FCMEN = ON // Fail-Safe Clock Monitor Enable bit->FSCM timer enabled
// CONFIG2
#pragma config MCLRE = ON // Master Clear Enable bit->MCLR pin is Master Clear function
#pragma config PWRTE = OFF // Power-up Timer selection bits->PWRT disable
#pragma config LPBOREN = OFF // Low-Power BOR enable bit->ULPBOR disabled
#pragma config BOREN = ON // Brown-out reset enable bits->Brown-out Reset Enabled, SBOREN bit is ignored
#pragma config BORV = LO // Brown-out Reset Voltage Selection->Brown-out Reset Voltage (VBOR) set to 1.9V on LF, and 2.45V on F Devices
#pragma config ZCD = OFF // Zero-cross detect disable->Zero-cross detect circuit is disabled at POR.
#pragma config PPS1WAY = OFF // Peripheral Pin Select one-way control->The PPSLOCK bit can be set and cleared repeatedly by software
#pragma config STVREN = ON // Stack Overflow/Underflow Reset Enable bit->Stack Overflow or Underflow will cause a reset
// CONFIG3
#pragma config WDTCPS = WDTCPS_31 // WDT Period Select bits->Divider ratio 1:65536; software control of WDTPS
#pragma config WDTE = OFF // WDT operating mode->WDT Disabled, SWDTEN is ignored
#pragma config WDTCWS = WDTCWS_7 // WDT Window Select bits->window always open (100%); software control; keyed access not required
#pragma config WDTCCS = SC // WDT input clock selector->Software Control
// CONFIG4
#pragma config BBSIZE = 512 // Boot Block Size Selection bits->Boot Block Size (Words) 512
#pragma config BBEN = OFF // Boot Block Enable bit->Boot Block disabled
#pragma config SAFEN = OFF // SAF Enable bit->SAF disabled
#pragma config WRTAPP = OFF // Application Block Write Protection bit->Application Block NOT write-protected
#pragma config WRTB = OFF // Boot Block Write Protection bit->Boot Block NOT write-protected
#pragma config WRTC = OFF // Configuration Register Write Protection bit->Configuration Words NOT write-protected
#pragma config WRTD = OFF // Data EEPROM Write Protection bit->Data EEPROM NOT write-protected
#pragma config WRTSAF = OFF // Storage Area Flash Write Protection bit->SAF NOT write-protected
#pragma config LVP = OFF // Low Voltage Programming Enable bit->High Voltage on MCLR/Vpp must be used for programming
// CONFIG5
#pragma config CP = OFF // UserNVM Program memory code protection bit->UserNVM code protection disabled
#define _XTAL_FREQ 1000000
#define CS RC3
#define DC RB1
#define RST RB2
#define BUSY RC7
#define EPD_WIDTH 128
#define EPD_HEIGHT 296
unsigned char WS_20_30[159] =
{
0x80, 0x66, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x40, 0x0, 0x0, 0x0,
0x10, 0x66, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x20, 0x0, 0x0, 0x0,
0x80, 0x66, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x40, 0x0, 0x0, 0x0,
0x10, 0x66, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x20, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x14, 0x8, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x1,
0xA, 0xA, 0x0, 0xA, 0xA, 0x0, 0x1,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x14, 0x8, 0x0, 0x1, 0x0, 0x0, 0x1,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x1,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x44, 0x0, 0x0, 0x0,
0x22, 0x17, 0x41, 0x0, 0x32, 0x36
};
unsigned char _WF_PARTIAL_2IN9[159] =
{
0x0,0x40,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x80,0x80,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x40,0x40,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x80,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0A,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x2,
0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x1,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0,
0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x0,0x0,0x0,
0x22,0x17,0x41,0xB0,0x32,0x36,
};
unsigned char zero[12] ={
// @192 '0' (7 pixels wide)
//0x00, //
0xFF,
//0x38, // ###
0xC7,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x44, // # #
0xBB,
//0x38, // ###
0xC7,
//0x00, //
0xFF,
//0x00, //
0xFF,
//0x00, //
0xFF,
};
unsigned char one[12] = {
// @204 '1' (7 pixels wide)
//0x00, //
0xFF,
//0x30, // ##
0xCF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x10, // #
0xEF,
//0x7C, // #####
0x83,
//0x00, //
0xFF,
//0x00, //
0xFF,
//0x00, //
0xFF,
};
void SendCommand(char data){
DC = 0;
CS = 0; // CSを「０」にする
SSP1BUF = data; // データの送信を開始
while(!SSP1IF); // 送信完了を待つ
SSP1IF=0;
CS = 1;
}
void SendData(char data){
DC = 1;
CS = 0; // CSを「０」にする
SSP1BUF = data; // データの送信を開始
while(!SSP1IF); // 送信完了を待つ
SSP1IF=0;
CS = 1;
}
void Reset(void){
RST = 1;
__delay_ms(20);
RST = 0;
__delay_ms(5);
RST = 1;
__delay_ms(20);
}
void WaitUntilIdle(void){
while(1){
if(BUSY==0)
break;
__delay_ms(5);
}
__delay_ms(5);
}
void SetMemoryArea(int x_start, int y_start, int x_end, int y_end){
SendCommand(0x44);
/* x point must be the multiple of 8 or the last 3 bits will be ignored */
SendData((x_start >> 3) & 0xFF);
SendData((x_end >> 3) & 0xFF);
SendCommand(0x45);
SendData(y_start & 0xFF);
SendData((y_start >> 8) & 0xFF);
SendData(y_end & 0xFF);
SendData((y_end >> 8) & 0xFF);
}
void SetMemoryPointer(int x, int y){
SendCommand(0x4E);
/* x point must be the multiple of 8 or the last 3 bits will be ignored */
SendData((x >> 3) & 0xFF);
SendCommand(0x4F);
SendData(y & 0xFF);
SendData((y >> 8) & 0xFF);
WaitUntilIdle();
}
void SetLut(unsigned char *lut){
unsigned char count;
SendCommand(0x32);
for(count=0; count<153; count++)
SendData(lut[count]);
WaitUntilIdle();
}
void SetLut_by_host(unsigned char *lut){
SetLut((unsigned char *)lut);
SendCommand(0x3f);
SendData(*(lut+153));
SendCommand(0x03); // gate voltage
SendData(*(lut+154));
SendCommand(0x04); // source voltage
SendData(*(lut+155)); // VSH
SendData(*(lut+156)); // VSH2
SendData(*(lut+157)); // VSL
SendCommand(0x2c); // VCOM
SendData(*(lut+158));
}
void Init(void){
Reset();
WaitUntilIdle();
SendCommand(0x12);
WaitUntilIdle();
SendCommand(0x01);//Driver output control
SendData(0x27);
SendData(0x01);
SendData(0x00);
SendCommand(0x11); //data entry mode
SendData(0x03);
SetMemoryArea(0, 0, EPD_WIDTH-1, EPD_HEIGHT-1);
SendCommand(0x21); // Display update control
SendData(0x00);
SendData(0x80);
SetMemoryPointer(0, 0);
WaitUntilIdle();
SetLut_by_host(WS_20_30);
}
void SetFrameMemory_Base(int width, int height) {
SetMemoryArea(0, 0, width - 1, height - 1);
SetMemoryPointer(0, 0);
SendCommand(0x24);
/* send the image data */
for (int i = 0; i < width / 8 * height; i++) {
//SendData(pgm_read_byte(&image_buffer[i]));
SendData(0xFF);
}
SendCommand(0x26);
/* send the image data */
for (int i = 0; i < width / 8 * height; i++) {
//SendData(pgm_read_byte(&image_buffer[i]));
SendData(0xFF);
}
}
void DisplayFrame(){
SendCommand(0x22);
SendData(0xc7);
SendCommand(0x20);
WaitUntilIdle();
}
void SetFrameMemory_Partial(
const unsigned char* image_buffer,
int x,
int y,
int image_width,
int image_height
) {
int x_end;
int y_end;
if (
image_buffer == NULL ||
x < 0 || image_width < 0 ||
y < 0 || image_height < 0
) {
return;
}
/* x point must be the multiple of 8 or the last 3 bits will be ignored */
x &= 0xF8;
image_width &= 0xF8;
//if (x + image_width >= this->width) {
// x_end = this->width - 1;
//} else {
x_end = x + image_width - 1;
//}
//if (y + image_height >= this->height) {
// y_end = this->height - 1;
//} else {
y_end = y + image_height - 1;
//}
RST = 0;
__delay_ms(2);
RST = 1;
__delay_ms(2);
SetLut(_WF_PARTIAL_2IN9);
SendCommand(0x37);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x40);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendData(0x00);
SendCommand(0x3C); //BorderWavefrom
SendData(0x80);
SendCommand(0x22);
SendData(0xC0);
SendCommand(0x20);
WaitUntilIdle();
SetMemoryArea(x, y, x_end, y_end);
SetMemoryPointer(x, y);
SendCommand(0x24);
/* send the image data */
for (int j = 0; j < y_end - y + 1; j++) {
for (int i = 0; i < (x_end - x + 1) / 8; i++) {
SendData(image_buffer[i + j * (image_width / 8)]);
}
}
}
void DisplayFrame_Partial(void) {
SendCommand(0x22);
SendData(0x0F);
SendCommand(0x20);
WaitUntilIdle();
}
void main(void) {
ANSELA = 0b00000000; // ?????????????????
ANSELB = 0b00000000;
ANSELC = 0b00000000;
TRISA = 0b00000000; // ???????????????(???RA3??????????)
TRISB = 0x00;
TRISC = 0b10000100; //RC7, RC2をINPUTに
// NOSC HFINTOSC; NDIV 1;
OSCCON1 = 0x60;
// CSWHOLD may proceed; SOSCPWR Low power;
OSCCON3 = 0x00;
// MFOEN disabled; LFOEN disabled; ADOEN disabled; SOSCEN enabled; EXTOEN disabled; HFOEN disabled;
OSCEN = 0x08;
// HFFRQ 1_MHz;
OSCFRQ = 0x00;
// MFOR not ready;
OSCSTAT = 0x00;
// TUN 0;
OSCTUNE = 0x00;
// ACTUD enabled; ACTEN disabled;
ACTCON = 0x00;
PPSLOCK = 0x55;
PPSLOCK = 0xAA;
PPSLOCKbits.PPSLOCKED = 0;
SSP1DATPPS = 0x12; // MISO : RC2
RB0PPS = 0x13; // SCK : RB0
RC4PPS = 0x14; // MOSI : RC4
PPSLOCK = 0x55;
PPSLOCK = 0xAA;
PPSLOCKbits.PPSLOCKED = 1;
SSP1STAT = 0b01000000; //SMP: middle/ CKE: 1
SSP1CON1 = 0b00100000; //SSPEN/ CKP: 0/ SPIMaster Fosc/4
// CKE=1, CKP=0でモード0
Init();
int width = 128;
int height = 24;
SetFrameMemory_Base(width, 296);
DisplayFrame();
width = 8;
height = 12;
bool i = false;
while(1){
if (i) {
SetFrameMemory_Partial(zero, 60, 72, width, height);
}else {
SetFrameMemory_Partial(one, 60, 72, width, height);
}
DisplayFrame_Partial();
i = !i;
}
return;
} プログラムの詳細は、Arduino を使ったテストの所で書いていますので詳細はそちらをご覧ください。電子ペーパー を動かすための概略のみを書いておきます。電子ペーパー は、マイコン などとSPIで接続して使います。上にも書いたように、通常のSPI接続端子以外に、DC、RST、BUSYの3端子を接続します。電子ペーパー 側に知らせるもので、DCをLowにするとコマンド、Highにするとデータということになります。電子ペーパー をハード的にリセットするための端子（のようです）。電子ペーパー の初期化の時以外に、部分的に書き換える時にも使っています。void Reset(void)関数でリセット動作を行っています。電子ペーパー が動作中を示すピンで、動作中はBUSYピンが立った状態になります。void WaitUntilIdle(void)関数でBUSYピンの状態を確認し、動作の終了を待っています。電子ペーパー を初期化し、それから、無限ループに入って電子ペーパー を部分的に書き換え数字の０と１を交互に表示しています。ピンの設定は、RC3（MISO：今回は使ってない）とRC7が入力ピンで、それ以外はデジタルの出力ピンに設定しています。PICの動作クロックは1MHz、SPIのモードは上にも書いたように０を使います。
今回のプログラムはめずらしく一発で動きました。電子ペーパー のイニシャライズが始まる。Arduino でやった時はすぐに動いたのに、どこかで引っかかっている様子。電子ペーパー の方がBUSYシグナルを出していてそこでプログラムが止まっていることくらい。まあ、それはともかく、動くことは動く。しかもイニシャライズの時だけなので最初の1回だけなのだから。あまり気にしないことにしよう。
