หากคุณไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับกระดาษอิเล็กทรอนิกส์คลานออกมาจากใต้ก้อนหินและอ่านบนเครื่องอ่าน Sony และ Amazon Kindle e-paper เป็นจอแสดงผลที่มีความยืดหยุ่นที่ทำจากลูกปัดเปลี่ยนสีที่จำลองหมึกบนกระดาษเพื่อการอ่านตามฤดูกาลที่ง่าย สิ่งปฏิกูลเกี่ยวกับ e-paper คือหลังจากที่กำหนดมันยังคงเป็นอย่างนั้นโดยไม่มีพลังเพิ่มเติม
ฟังดูยอดเยี่ยมในทางทฤษฎี แต่ความคุ้มครองของ Esquire เป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถที่จะแฮ็คจอแสดงผล e-paper ได้ เรานำฝาครอบเข้าสู่การแฮ็คต่อวันในการทำเอกสารการทดสอบและการแฮ็ค ในท้ายที่สุดเรารีไซเคิลเป็นสิ่งที่เป็นประโยชน์ที่แต่ละคนสามารถสร้างได้ เรามีรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการแสดงผลงานและสิ่งที่ใช้ในการใช้งานในโครงการของคุณเอง อ่านเกี่ยวกับแฮ็คนาฬิกา e-paper ของเราด้านล่าง
พื้นหลัง
ฝาครอบกระดาษ Esquire e-paper ตีบิ๊กบนเน็ต แต่ก็แพนอย่างรวดเร็ว Notcot มีการสแกนที่สวยงามของแผงวงจรและ e-paper วิทยาศาสตร์ยอดนิยมโพสต์คำแนะนำสำหรับการอ่านรหัสด้วย Pickit2 [Slaxter] ยืนยันว่าสามารถอ่านชิปภาพถ่ายได้และฟิวส์การป้องกันโค้ดปิดอยู่ [แมตต์] จัดการเซลล์ e-paper โดยตรงด้วยการบัดกรีที่มีทักษะและ Arduino จนถึงตอนนี้ยังมีความสนใจมากในการเปิดเผย e-paper หรือ reprogramming ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีอยู่
แผ่นอิเล็กทรอนิกส์
แผงอิเล็กทรอนิกส์จริงที่ผลิตโดย e-ink นั้นไม่น่าตื่นเต้น แต่ละแผงมีชุดของเซ็กเมนต์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า 11 ที่แผงด้านหน้าและ 3 ที่โฆษณาฟอร์ดด้านหลัง นี่ไม่ใช่เมทริกซ์ที่เราสามารถ reprogram เป็น e-reader ได้ [Just_Mike] มีชุดภาพโคลสอัพอัลตร้าที่ยอดเยี่ยมของลูกปัดแต่ละชิ้นที่ทำขึ้นแต่ละส่วน
แต่ละเซ็กเมนต์อิเล็กทรอนิกส์แต่ละส่วนมีการเชื่อมต่อส่วนบุคคลและการเชื่อมต่อที่แชร์กับเซลล์อื่น ๆ บนแผง กลุ่มกลายเป็นสีขาวหรือสีดำขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสที่ใช้กับเซลล์ เมื่อพบบ่อยต่ำเซ็กเมนต์ใด ๆ ที่เชื่อมต่อสูงก็จะมืดลง เมื่อพบเห็นได้ทั่วไปแต่ละเซลล์ที่เชื่อมต่อกับพื้นจะชัดเจน PCB ใช้ 16 โวลต์จากห้าแบตเตอรี่ 3.3Volt เพื่อสลับเซลล์ แต่ [Slaxter] แสดงให้เห็นว่า 5volts เพียงพอกับโครงการ Arduino ของเขา
การทดสอบประสิทธิภาพ
เราทำการสังเกตหลายอย่างเกี่ยวกับข้อกำหนดการทำงานของ E-Paper
ก่อนอื่นใช้เวลาเกือบ 0.5 วินาทีในการมืดลงหรือล้างเซลล์ ในวิดีโอคุณสามารถเห็นบางรัฐที่สร้างขึ้นโดยการสลับ e-paper เร็วเกินไป เราไม่แน่ใจในเวลาการเปลี่ยนแปลงที่ดีที่สุด แต่ระหว่าง 0.25 ถึง 0.5 วินาทีน่าจะเป็นขั้นต่ำ
นอกจากนี้ยังยกคำถามเกี่ยวกับเวลาการเปลี่ยนแปลงสูงสุด มันสร้างความเสียหายให้กับ e-paper เพื่อใช้กระแสไฟได้นานกว่าที่จำเป็นหรือไม่? E-Paper ยังคงใช้กระแสไฟต่อไปตราบเท่าที่มันใช้แล้วเสียแบตเตอรี่หรือไม่? เราดูแลเป็นพิเศษในรหัสของเราเพื่อส่งคืนเอาต์พุตทั้งหมดไปยังพื้นหลังจากการเปลี่ยนแปลงเพื่อหลีกเลี่ยงกระแสต่อเนื่องผ่านแผง
การล้างและความมืดต้องทำแยกต่างหาก ใช้เวลาสองอย่างที่สมบูรณ์เพื่อทำให้หน้าจอสดชื่นเต็มที่ หนึ่งในการล้างเซ็กเมนต์เก่าหนึ่งที่จะทำให้ส่วนใหม่มืดลง โปรแกรมเมอร์อัจฉริยะจะคิดว่าพวกเขาสามารถบันทึกรอบเมื่อเพิ่มหรือลบรายการเท่านั้นและไม่ทำทั้งสองอย่าง นี่เป็นเรื่องจริงในระดับหนึ่ง แต่การจัดการต่อเนื่องของเซลล์เดียวโดยไม่ทำให้เซลล์ที่อยู่ติดกันสดชื่นทำให้สี ‘คืบ’ ในวิดีโอพื้นหลังที่กระพริบโดยไม่มีการอัปเดตไปยังเซ็กเมนต์อื่น ๆ ที่ขับเคลื่อนกลุ่มที่ไม่ได้ใช้งานอย่างรวดเร็วไปยังสถานะกลางระหว่างความมืดและแสง
คณะกรรมการควบคุม
ผู้ขับขี่รถยนต์ประกอบด้วยไมโครชิปแปดพิน PIC12F629, การลงทะเบียนกะ 4094 สองครั้งและส่วนประกอบสนับสนุนบางอย่าง
คลิกที่นี่เพื่อดูไดอะแกรมขนาดเต็มของบอร์ด E-Paper Motorist (PNG)
แบตเตอรี่
Esquire เชิญ Hacks ของฝาครอบของพวกเขาด้วยคำแนะนำที่ค่อนข้างง่อยของการเปลี่ยนแบตเตอรี่ สิ่งนี้ทำให้รู้สึกถึงครอบคลุมทั่วโลกในภาชนะแช่เย็นเพื่อช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ แม้จะมีความพยายามนั้น Esquire กล่าวว่าแบตเตอรี่จะใช้เวลาไม่กี่เดือน
แบตเตอรี่ 1-5 อยู่ในซีรีส์และจัดหาการสลับกระแส 15-16Volt สำหรับ e-paper อุปกรณ์แบตเตอรี่ที่หก 3volts สำหรับรูป ยังไม่มีคำศัพท์ที่แบตเตอรี่ตายก่อน หากคุณต้องการ ‘แทนที่’ แบตเตอรี่ของคุณคุณจะต้อง Desolder Old Old และจัดหาอุปทาน e-paper 5-16Volt และอุปทานไมโครคอนโทรลเลอร์ 3Volt ที่จุดที่ระบุ
ในที่สุดเราก็ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ไมโครคอนโทรลเลอร์ของเราเพราะเราทำร้ายมันเล็กน้อยในระหว่างการพัฒนา ที่ใส่แบตเตอรี่ปุ่มที่มีระยะห่างพิน 20 มม. จะพอดีกับรูที่มีอยู่ Mouser # 534-106 อาจจะใช้งานได้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้รับการยืนยัน
4094 SHIFT Registers (IC1, IC2)
การลงทะเบียน Shift สลับการควบคุมเซ็กเมนต์ E-Paper ที่ 16 โวลต์
สอง 4094 ICS คือการเลื่อนการลงทะเบียนการตั้งค่าเป็นข้อมูลเรียงซ้อนจาก IC1 เป็น IC2 การลงทะเบียนกะพื้นฐานนี้เป็นรูปแบบเล็กน้อยใน 74HTC595 ที่เราใช้ในผนังกราฟฟิตีของเรา ความแตกต่างที่สำคัญคือเส้นแฟรงซ์ 4094 มักจะต่ำและดึงสูงสั้น ๆ เพื่อใส่ค่าใหม่บนหมุดเอาต์พุต เราสังเกตว่า 4094 ต้องการ loนาฬิกา NG และแฟลชพัลส์ นี่อาจเป็นเพราะวงจรขับเคลื่อนขี้เกียจระหว่างภาพถ่ายและ 4094 หรือเป็นเพียงธรรมชาติของ 4000 ซีรีส์
แผนที่เอาท์พุทเซ็กเมนต์ 4094
เข้าใจแล้ว
เอาท์พุท
ที่อยู่
การเชื่อมต่อ
1
ไตรมาสที่ 1
0x01
Front_box_symbol_dna
1
ไตรมาสที่ 2
0x02
front_box_guy
1
ไตรมาสที่ 3
0x04
Front_box_Fireworks
1
Q4
0x08
front_on_the_west_coast
1
Q5
0x10
Front_three_hours_later
1
Q6
0x20
Front_esquire
1
Q7
0x40
front_box_girl
1
Q8
0x80
front_now
2
ไตรมาสที่ 1
0x100
front_begins
2
ไตรมาสที่ 2
0x200
Front_21st_Century
2
ไตรมาสที่ 3
0x400
Front_Background
2
Q4
0x800
front_common
2
Q5
0x1000
back_common
2
Q6
0x2000
back_left
2
Q7
0x4000
back_center
2
Q8
0x8000
back_right
12f629
คลิกที่นี่สำหรับการวาดรูปวงจรขนาดเต็ม (PNG) แปด PIN PIC12F629 ขับเคลื่อนการลงทะเบียนกะ 4094 ที่ควบคุมแต่ละเซ็กเมนต์อิเล็กทรอนิกส์ สองพินไม่ได้ใช้ (GP4, GP5)
คุณสมบัติ MCLR เปิดใช้งานด้วยตัวต้านทาน R8 การออกแบบไม่รวมไดโอดเพื่อรักษาความปลอดภัยภาพถ่ายจากกระแสการเขียนโปรแกรม 13volt Microchip แนะนำสิ่งนี้ แต่ไม่มีการแชร์วงจรรวมที่บอบบางอื่น ๆ ดังนั้นบางทีนักออกแบบรู้สึกว่าตัวต้านทานนั้นมีความปลอดภัยเพียงพอ
สามพินขับข้อมูลนาฬิกาและแฟลชของ 4094 (GP0, GP1, GP2) 4094 จะต้องมีการเชื่อมต่อที่สวิตช์แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน 16 โวลต์ดังนั้นภาพถ่ายจะเปลี่ยนหมุดอินเตอร์เฟสผ่านทรานซิสเตอร์ เท่าที่เราสามารถบอกได้สายการควบคุม 4094 ถูกดึงสูงด้วยตัวต้านทาน ภาพถ่ายสวิทช์ทรานซิสเตอร์และดึงเส้นถึงพื้นดิน อินเทอร์เฟซไปยัง 4094 คือถอยหลัง Photo PIN สูงถูกมองว่าต่ำที่การลงทะเบียน Shift และต่ำจะถูกมองว่าสูง อินเทอร์เฟซจะไม่ทำงานเว้นแต่จะย้อนกลับ
หมุดการเขียนโปรแกรมจะถูกนำไปที่ส่วนหัวที่ด้านบนของ PCB เราบัดกรีมาตรฐาน. 1 “ส่วนหัวพินลงในหลุมที่ให้มา (Mouser # 571-41033290) พินการเขียนโปรแกรมทั้งสอง PGD และ PGC จะถูกแชร์กับวงจรที่ขับเคลื่อนการลงทะเบียนกะ เราสามารถอ่านอุปกรณ์ด้วยการดีบักเกอร์ ICD2 เราไม่สามารถ reprogram ได้แม้ว่าอาจเป็นเพราะไดรเวอร์การลงทะเบียน Shift บุคคลใดประสบความสำเร็จหรือไม่? โดยไม่คำนึงถึงการจัดเรียงพินที่ใช้ร่วมกันทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะทำการดีบักในอุปกรณ์นี้ในอุปกรณ์นี้
การเชื่อมต่อ PIC PIN
เข็มหมุด
ชื่อ
การเชื่อมต่อ
1
vdd
+ 3.3volts
2
GP5
–
3
gp4
–
4
GP3
MCLR (VPP Program)
5
gp2
แฟลช 4094
6
gp1
4094 นาฬิกา (Program Clock)
7
gp0
ข้อมูล 4094 (ข้อมูลโปรแกรม)
8
vss
พื้น
แตะที่บอร์ด
มันง่ายที่จะแตะเข้าไปในกระดานและใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่คุณชื่นชอบ ทั้งหมดยกเว้นหนึ่งในสัญญาณอินเทอร์เฟซที่จำเป็นจะถูกนำไปยังส่วนหัวแล้ว สายแฟลชสามารถแตะผ่านโดยวิธีการที่ระบุโดยลูกศร คุณไม่ต้องการให้ภาพถ่ายรบกวนคอนโทรลเลอร์ใหม่ของคุณดังนั้นลบหรือปิดใช้งานโดยการตัดหมุดพลังงาน
ห้องสมุดอินเตอร์เฟซ
ความพยายามครั้งแรกของเราในการขับเคลื่อนบอร์ดที่เกี่ยวข้องกับเว็บเซิร์ฟเวอร์ขนาดเล็กที่ใช้ PIC24F ของเรา มันมีประโยชน์และ PIC24F ทำงานได้ง่าย เราทำให้ไลบรารีส่วนต่อประสานของเราสมบูรณ์แบบใน MSP430 พลังงานต่ำ ทั้งสองรุ่นอยู่ในโครงการเก็บถาวร (ZIP) แต่รุ่น MSP430 ของห้องสมุดเป็นผู้ใหญ่มากขึ้น
ห้องสมุดมีซอฟต์แวร์ประจำ Bit-bang ฟังก์ชั่นสำหรับการเชื่อมต่อบอร์ดและคำจำกัดความที่อยู่สำหรับกลุ่มและบรรทัดทั่วไป ตัวเลือกใน esquire_eink.h เปิดใช้งานการหน่วงเวลา bit-bang และตั้งค่าความยาว เราพบว่าขี้เกียจ 4094 และต้องการชีพจรนาฬิกาที่ยาวนาน ฟังก์ชั่น InitBang () ตั้งค่าทิศทางของพินและต้องเปลี่ยนเป็นชุดไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณ เรียกมันว่าหรือตั้งค่าพิน IO ของคุณเพื่อส่งออกที่อื่น:
1
Banginit (); // ตั้งค่าหมุด bitbang เพื่อเอาต์พุต
ฟังก์ชั่น SETSEG () ตั้งค่าเซกเมนต์ที่ผ่านการผ่าน (1) หรือชัดเจน (0):
1
2
setseg (front_box_guy + front_background, 1); // ชุด (มืด) เซ็กเมนต์เหล่านี้
setseg (front_21st_century, 0); // ล้าง (แสง) ส่วนเหล่านี้
ฟังก์ชั่น SetSeg () มีการเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนสีที่กำหนดโดย Eink_delay ใน esquire_eink.h ในตอนท้ายของความล่าช้าจะส่งคืน Pins Shift Register ลงสู่พื้น เราต้องการหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อกระดาษ e หรือการสูญเสียแบตเตอรี่แม้ว่าเราจะไม่รู้จริง ๆ ว่าจำเป็นหรือไม่
สิ่งหนึ่งที่เราสังเกตเห็นเกี่ยวกับ Setseg () คือการจัดการเซลล์เดียวทำให้เซลล์ที่อยู่ติดกันถอยหลังไปยังสีกลาง เราพัฒนาฟังก์ชั่น SetDisplay () เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้โดยการรีเฟรชจอแสดงผลอย่างเต็มที่ทุกครั้ง SetDisplay () รวมถึงการหยุดชั่วคราวสำหรับการเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้งจากนั้นส่งคืนเอาต์พุตการลงทะเบียน SHIFT เป็นกราวด์ เพียงผ่านการจัดเรียงเซ็กเมนต์สำหรับการแสดงผลที่รีเฟรชอย่างสมบูรณ์:
1
setdisplay (front_esquire + back_left); // xx มืดทุกอย่างที่ชัดเจน
คุณสามารถเข้าถึงการลงทะเบียน SHIFT โดยตรงกับฟังก์ชั่น BangiT () แต่พิจารณาส่งคืนการลงทะเบียน Shift ให้กับ ‘0’ หลังจากการเปลี่ยนสี E-Paper เสร็จสมบูรณ์ คุณสามารถสร้างความเสียหายให้กับกระดาษ e หรือทำให้เกิดการระบายน้ำในปัจจุบันมากเกินไปหากคุณปล่อยทิ้งไว้ถ้านั่นคือ ‘สิ่งที่แท้จริง’
1
2
3
Bangit (0B1110000000000000); // กลุ่มแผงด้านหลังทั้งหมดบน
หยุดชั่วคราว (); // รอการเปลี่ยนสี
Bangit (0x0000); // ส่งคืนเอาต์พุตทั้งหมดไปยังพื้นดิน
เพื่อพอร์ตไลบรารีไปยัง MI ของคุณcrocontroller, just check the pin configurations in esquire_eink.h, and the pin setup function bangInit() in esquire_eink.c. keep in mind that the pin directions are reversed by the interface transistors.
Putting it to use, an e-paper clock
We wanted to do something beneficial with the first cheap consumer e-paper panel. It had to be something pretty easy so that lots of people can recycle this cool piece of technology. We couldn’t resist doing what so lots of make with old display tech: make a clock. Schematics, firmware, and art templates are in the project archive(.zip).
There’s so few segments on the e-paper that we can only partially represent the time. six segments show time, each fades to reveal the time to the nearest ten minutes past the hour. We also flash eye-candy on the non-time segments of the panel. Here’s the custom-made bezel we created. This bezel, and a theme to make your own, are included in the project archive(ZIP). We printed our bezel mirrored so the ink is protected from scratches.
ฮาร์ดแวร์
We were inspired by the low-power properties of e-paper to use Texas Instruments’ MSP430 line of 16-bit microcontrollers. With the ideal configuration, the MSP430 draws so little power that it’s only limited by the shelf life of a battery. We can even give the original designers a run for their money, and see if we can make a lower power device.
The best thing about the MSP430 is that you can get a kit with a USB programmer/debugger and breakout board for only 20 bucks. It comes with a complimentary C compiler limited to 4K, but the F2013 only has 2K of memory. This is a complete development tool, no soldering involved. learn a lot more about working with the MSP430 in this how-to.
This schematic shows how we connected our MSP430 to the e-paper motorist board. Click here for a full size version(PNG). The 47K resistor, MSP430, and an LED (not shown) are included on the breakout board.
We added a 32.768KHz crystal to keep time (Q1). Normally, we’d also add some capacitors to form an oscillator, but the MSP430 has built-in adjustable capacitors on P2.6 and P2.7.
We also added a button between P1.4 and P1.2 (S1). The internal pull-up resistor on P1.4 holds the button high, and we grounded it through P1.2. This isn’t the best arrangement, it would probably be wise to also connect P1.2 to ground.
We slid the MSP430 breakout board over the power and ground pins of the programming header. You can connect the clock and data pins to the header too, but we made a decision to route them all from the vias underneath. remember to remove the photo so it doesn’t interfere with signals from the MSP430.
Parts
ตัวเลข
ค่าใช้จ่าย
Esquire e-paper cover
–
–
MSP430 ez430 development kit
ez430USB
$20
32.768KHz crystal
815-AB26T-32.768KHZ
$0.27
Push button
642-mjtp1250
$0.16
เฟิร์มแวร์
The clock software is written with the complimentary demo version of the TI/IAR Kickstart C compiler included with the ez430 programmer.
The MSP430 is very low power. It uses just 220uA at 1MHz, but less than 6uA when sleeping. The crucial to long battery life is to keep the chip asleep as much as possible. Our clock code is written with this in mind.
We use timer_a with the 32.768khz crystal to create an interrupt twice each second. The first interrupt triggers code that configures the segments to be displayed, sends these values to the e-paper, and then sleeps for the next 0.5 seconds. While the MSP430 sleeps, all the ‘off’ segments have time to clear. The next interrupt flips the common lines the other way with a basic XOR, outputs the values, and goes to sleep for another 0.5 seconds. next time the cycle will begin again. We don’t bother to reset the shift registers to the ‘0’ position because the freshen is regularly in flux. segment creep isn’t a problem because we freshen every segment each cycle.
A button press triggers an interrupt that advances the time to the next 10 minutes. To set the clock, wait until the time is a aspect of 10 minutes past the hour and press the button to show the corre
