Поддержка графического дисплея от телефона Nokia 3310 с помощью микроконтроллера STM32

ЖК-матрица от Nokia 3310 имеет размеры 84 × 48 пикселей, что позволяет комфортно отображать 14 разборчивых буквенно-цифровых символов в 6 строках. По сравнению с возможностями популярных буквенно-цифровых дисплеев (обычно 2 × 16 или 2 × 20 символов), это большой объем информации.

Поскольку дисплей был разработан для портативного устройства, поле отображения ЖК-матрицы не очень большое (30×24 мм), толщина всего модуля также мала (около 3 мм).

Рис. 1. Внешний вид дисплейного модуля от телефона Nokia 3310

Доступное в интернете описание дисплеев телефона Nokia 3310 указывают на то, что он имеет встроенный драйвер типа PCD8544 производства NXP (Philips).

Кратко напомним конструкцию и способ управления контроллером PCD8544. Его структура включает в себя:

• Матричный драйвер ЖК-дисплея, включающий в себя систему подачи напряжения матрицы и систему компенсации контрастности в зависимости от температуры,
• Память изображений SRAM
• Интерфейс связи функционально аналогичен интерфейсу SPI.

Интерфейс связи контроллера PCD8544 был дополнен — ​​по сравнению с классическим SPI — дополнительными линиями:

• nSCE — линия выбора системы (активна в логическом состоянии «0») — эквивалент Chip Select,
• D/nC — линия выбора места назначения отправленных данных: отображение оперативной памяти — данных (D/nC = 1) или управляющего регистра — отправка команд (D/nC = 0),
• RES — линия сброса контроллера.

На рис. 2 показан временная диаграмма при отправке байта данных или команды на контроллер дисплея.

Рис. 2. Способ отправки байта на контроллер PCD8544

Передача начинается с активации линии nSCE (установка на низкий уровень). Данные из линии SDIN вводятся в регистр контроллера с нарастающими фронтами тактового сигнала SCLK. В примере, показанном на рис. 2, после ввода одного байта линия nSCE становится неактивной. Контроллер допускает ввод блока байтов с активным nSCE (без необходимости устанавливать 1 по этой линии после каждого переданного байта), что в свою очередь ускоряет передачу данных.

Расположение выводов модуля дисплея от телефона Nokia 3310

Контактный номер	1	2	3	4	5	6	7	8
функция	Vdd	SCLK	SDIN	D/C	SCE	GND	Vout	RES

Напряжение питания дисплея (Vdd) должно составлять от 2,7 В до 3,3 В. Напряжение, подаваемое на матрицу дисплея (6 … 8 В), генерируется от  внутреннего преобразователя контроллера и выводится на контакт Vout, к которому должен быть подключен внешний фильтрующий конденсатор 10 мФ.

На рис. 3 показана принципиальная схема, иллюстрирующая подключение модуля дисплея к микроконтроллеру.

Рис. 3. Схема подключения дисплейного модуля от Nokia 3310 к микроконтроллеру

Память изображения

Содержимое памяти SRAM, встроенной в контроллер PCD8544, можно изменить, введя данные в контроллер, когда линия D/nC находится в высоком состоянии. ЖК-матрица может отображать 48 строк, каждая из которых имеет 84 пикселя.

Память SRAM организована в 6 банков по 84 байта. Эта организация обеспечивает логическое разделение поля отображения на 6 строк по 84 столбца (рис. 4). Строки пронумерованы от 0 до 5, столбцы от 0 до 83.

Рис. 4. Организация памяти SRAM в контроллере PCD8544

При вводе данных в память изображений сначала укажите номер банка памяти (переменная Y на рис. 4), затем номер байта в строке (переменная X на рис. 4). Сохранение всего банка эквивалентно отображению одной строки дисплея (линейки).

Каждый байт оперативной памяти отображается в виде вертикальной полосы размером 8 пикселей. Старший пиксель в строке соответствует младшему значащему биту, а самый низкий пиксель соответствует старшему значащему биту памяти. В стандартном режиме отображения установка бита в байте памяти соответствует отображению черного пикселя, а обнуление соответствует его отключению.

Адресация памяти

При вводе байтов в память SRAM, контроллер PCD8544 автоматически увеличивает счетчики строк и столбцов. Существует два режима автоматической модификации счетчика: вертикальный и горизонтальный — устанавливаются с помощью команды «Function Set». Вертикальный режим показан на рис. 5.

Рис. 5. Вертикальная адресация памяти изображений в контроллере PCD8544

Каждый раз, когда байт сохраняется, он увеличивается на один ряд строк. Когда достигается максимальное число строк, счетчик строк сбрасывается, а счетчик столбцов увеличивается на 1. При отправке 6 байтов 0xFF, начиная с номера строки, равного нулю, в первом левом столбце дисплея будет отображаться вертикальная полоса по всей высоте дисплея. Режим вертикальной адресации (рис. 6) можно использовать при сохранении полноэкранного растрового изображения.

Рис. 6. Горизонтальная адресация памяти изображений в контроллере PCD8544

После сохранения каждого байта счетчик столбцов увеличивается. При достижении максимального числа столбцов счетчик столбцов сбрасывается, а счетчик строк увеличивается на 1. Режим горизонтальной адресации очень удобен при работе в текстовом режиме. Режимы адресации могут свободно переключаться во время нормальной работы дисплея, и это не влияет на отображаемую информацию.

Команды драйвера PCD8544

Контроллер принимает два набора команд: стандартную и расширенную, их описания перечислены в табл. 1 .

Табл . 1. Команды контроллера PCD8544 (согласно документации NXP)

инструкция	D/C	Байт команды								описание
		DB7	DB6	DB5	DB4	DB3	DB2	DB1	DB0
H=0 lub H=1
NOP	0	0	0	0	0	0	0	0	0	Ничего не делать
Function Set	0	0	0	1	0	0	PD	В	H	Уменьшенное энергопотребление (PD), адресация (V) и расширенные команды (H)
Write Data	1	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	ОЗУ
H = 0 основной набор команд
Reserved		0	0	0	0	0	1	X	X	Не использовать
Display Control	0	0	0	0	0	1	D	0	Е	Конфигурация дисплея
Reserved	0	0	0	0	1	х	х	X	X	Не использовать
	0	0	1	0	0	0	У2	Y1	Y0	Установка счетчика строк 0 … 5
Set X address	0	1	X6	X5	Х4	X3	X2	X1	X0	Установка счетчика столбцов 0 … 83
H = 1 расширенный набор команд
Reserved	0	0	0	0	0	0	0	0	1	Не использовать
Reserved	0	0	0	0	0	0	0	1	X	Не использовать
Temperature Control	0	0	0	0	0	0	1	ТС1	TC0	Температурный коэффициент
Reserved	0	0	0	0	0	1	х	X	X	Не использовать
Bias System	0	0	0	0	1	0	BS2	BS1	BS0	Настройка BIAS
Reserved	0	0	1	X	X	X	х	X	X	Не использовать
Set Vop	0	1	Vop6	Vop5	Vop4	Vop3	Vop2	Vop1	Vop0	Матричное напряжение питания (контраст)

Описание параметров из таблицы 1.

знак	Когда 0	Когда 1
PD	Активная система	Режим низкой мощности
В	Горизонтальная адресация	Вертикальная адресация
H	Базовый набор инструкций	Расширенный набор команд
D E 0 1 1 0 1 1	Дисплей выключен Нормальный режим Все сегменты освещены. Дисплей в инверсии
TC1 TC00 0 0 1 1 0 1 1	VLCD температурный коэффициент 0 VLCD температурный коэффициент 1 VLCD температурный коэффициент 2 (стандарт) VLCD температурный коэффициент 3

Команда Function Set предназначена для программного переключения дисплея в режим пониженного энергопотребления, обращения к памяти RAM и установки набора команд (обычный или расширенный).

Контрастность дисплея зависит от напряжения, подаваемого на ЖК-матрицу, и устанавливается командой Set Vop. Можно установить 128 значений, но используемый диапазон регулировки составляет от 30 до 90.

Команда «Контроль температуры» позволяет установить одну из 4 предопределенных характеристик компенсации контрастной температуры. Коэффициент 2 (TC1 = 1, TC0 = 0) может использоваться для большинства приложений. Для дисплея телефона Nokia 3310 значение параметра BIAS должно быть 3.