Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75

в 5:21, , рубрики: datasheet, diy или сделай сам, lcd, LPH9157-2, Raspberry Pi, Электроника для начинающих, метки:

Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 1
Внятной документации на этот экран я не нашел поэтому пришлось разбираться с тем что есть и экспериментировать. В качестве управляющего устройства я использовал Raspberry PI. Так-же была написана программа позволяющая превратить этот экран в мини-монитор.

Описание

Данный дисплей имеет разрешение 135 x 176 пикселей и даёт возможность работать с тремя цветовыми палитрами 16(6-5-6), 12(4-4-4) и 8(3-3-2) бит.

Распиновка и подключение

Тут всё просто, экран питается напряжением 2,9 вольт, подсветка (LED±) запитывается отдельно напряжением примерно 12 вольт(я использовал батарею аккумуляторов соединённую с подсветкой через резистор на 510 Ом).

Pin description
# Name Function
1 RS Low=CMD, High=DATA
2 ~RST Reset input, active low
3 ~CS Chip select, active low
4 SYNC External frame synchorization input, unused by default
5 CLK SPI Clock-in signal (High-to-Low)
6 DATA SPI Data-in signal (MSB first)
7 VCC Power supply, normally 2.9V (I tested with 3.3V)
8 GND Ground
9 LED+ Backlight voltage, approx. 12V (depends on required current)
10 LED- Backlight common pin

Как можно заметить экран управляется через интерфейс SPI (контакты CS/CLK/DAT(MOSI)), предположительно это лишь половина интерфейса так как отсутствует контакт MISO, следовательно писать данные в экран мы можем, а вот читать — нет(здесь следует упомянуть что SPI может работать в двунаправленном режиме с использованием одного провода (MIMO) но так как отсутствует какие либо команды чтения данных из экрана будем считать что этот режим экраном не используется).

И перед тем как переходить непосредственно к управлению экраном надо бы этот экран к чему-нибудь подключить. В моём случае это будет Raspberry Pi. Контакты SPI экрана подключены к соответствующим им контактам SPI «малины», RS и RST к GPIO_17 и GPIO_27 соответственно. Данное подключение актуально для RPI Revision-2, если у вас иная модель то названия и номера контактов GPIO могут отличаться.

Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 2 Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 3

Заморачиваться с разъёмом подключения экрана я не стал и просто подпаялся к выводам проводом МГТФ. Экран в данном подключении питается от 3.3В, а не от 2.9 как в описании.
Вот так выглядит вся схема в сборе
Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 4

Команды управления экраном

Экран управляется достаточно просто — путём посылки по SPI команд и данных. Отличить одни от других экрану помогает состояние пина RS где высокий уровень(лог. 1) означает передачу данных, а низкий(лог. 0) передачу команд. При передаче используется тупоконечный(big-ending) порядок байт.

Список команд:

  • CMD_RESET 0x01 — программный сброс
  • CMD_MEMORY_ACCESS_CONTROL 0x36 — установка направления заполнения области дисплея, имеет однобайтовый аргумент 0bVHRXXXXX, где
    V — заполнение по вертикали (0 — сверху-вниз, 1 — снизу-вверх),
    H — заполнение по горизонтали (0 — слева-направо, 1 — справа-налево),
    R — меняются местами строки и столбцы (при этом заполнение остается сверху-вниз, слева-направо))
  • CMD_WAKEUP 0x11 — выход из спящего режима
  • CMD_PALETTE 0x3A — установка цветовой палитры 8(0x02), 12(0x03) и 16(0x05) бит
  • CMD_ENABLE 0x29 — включение дисплея
  • CMD_SET_X 0x2A — задаем область рисования по X
  • CMD_SET_Y 0x2B — задаем область рисования по Y
  • CMD_START_WRITE 0x2C — начало записи в видеопамять

Код

Работа экрана была проверена во всех 3х цветовых режимах но, дабы не захламлять исходник, далее я буду рассматривать только 16-битный. Во всех остальных режимах работа экрана не отличается, за исключением, разве что 12-битного — в нём на 2 пикселя приходится 3 байта, а если нужно вывести лишь одну точку то посылается 2 байта(4 младших бита последнего экраном игнорируются).
Для доступа к GPIO «малины» была использована библиотека bcm2835.

Начальная инициализация GPIO

int init_gpio()
{
    if (!bcm2835_init())
        return 0;

    bcm2835_spi_begin();
    bcm2835_spi_setBitOrder(BCM2835_SPI_BIT_ORDER_MSBFIRST);

// CPOL = 0, CPHA = 0, Clock idle low, data is clocked in on rising edge, output data (change) on falling edge
    bcm2835_spi_setDataMode(BCM2835_SPI_MODE0);

// в телефоне экран работает на частоте SPI в 13 МГц
// поэтому небольшое превышение по частоте ему не повредит
// хотя у меня он продолжал работать и при вдвое большей частоте (30 МГц)
    bcm2835_spi_setClockDivider(BCM2835_SPI_CLOCK_DIVIDER_16);  ///< 16 = 64ns = 15.625MHz
    bcm2835_spi_chipSelect(BCM2835_SPI_CS0);                    /// Select Our Device
    bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(BCM2835_SPI_CS0, LOW);

    // настроим порты на запись
    bcm2835_gpio_fsel(LCD_RS, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    bcm2835_gpio_fsel(LCD_RESET, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);

    return 1;
}

Несколько вспомогательных функций

void send_cmd(char cmd)
{
	bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_CMD); // следующий байт - команда
	bcm2835_spi_transfer(cmd);
}

void send_data(char data)
{
	bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_DATA); // следующий байт - данные
	bcm2835_spi_transfer(data);
}

Задание области рисования

void set_draw_area(char x1, char y1, char x2, char y2)
{
	send_cmd(CMD_SET_X);
	send_data(x1);
	send_data(x2);

	send_cmd(CMD_SET_Y);
	send_data(y1);
	send_data(y2);
}

В результате экспериментов с экраном выяснилось что необязательно задавать область перед выводом каждого кадра, достаточно задать её лишь единожды и послав команду начала записи просто гнать по SPI последовательность кадров непрерывным потоком.

Подготовка к выводу и передача данных

void draw_start()
{
	send_cmd(CMD_START_WRITE);
	bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_DATA);
}

void send_draw_data(char* data, int size)
{
	bcm2835_spi_transfern(data, size);
}

В процессе инициализации экрана обнаружилась досадная вещь — для запуска необходимо передёрнуть RESET экрана, а вот последующие манипуляции данным выводом приводят экран в ступор и он перестаёт реагировать на внешние воздействия. Приходится сбрасывать его по питанию. Это необходимо учесть при разработке программы дабы процедура аппаратного сброса выполнялась лишь единожды.

Инициализация экрана

void reset_LCD()
{
	// аппаратный сброс
	bcm2835_gpio_write(LCD_RESET, LOW);
	bcm2835_delay(50);
	bcm2835_gpio_write(LCD_RESET, HIGH);
	bcm2835_delay(50);

	// программный сброс
	send_cmd(CMD_RESET);
}

void init_LCD()
{
	reset_LCD();

	send_cmd(CMD_MEMORY_ACCESS_CONTROL);
	send_data(0b00000000);

	send_cmd(CMD_WAKEUP);

	bcm2835_delay(20);

	send_cmd(CMD_PALETTE);
	send_data(_16_BIT_COLOR);

	bcm2835_delay(20);

	send_cmd(CMD_ENABLE);
}

Это была подготовка, а теперь самое вкусное — попробуем вывести на экран 16-битную картинку. Первый блин как известно — комом, после запуска программы я получил довольно странное изображение, оказалось — неверный порядок байт, после исправления всё заработало.

Код

int main(int argc, char **argv)
{
	if (!init_gpio())
		return 1;

	init_LCD();

	set_draw_area(0, 0, SCREEN_WIDTH - 1, SCREEN_HEIGHT - 1);
	draw_start();

	uint16_t screen[SCREEN_HEIGHT][SCREEN_WIDTH];

	FILE* f_scr = fopen("test.bmp", "r");
	fseek(f_scr, 0x42, SEEK_SET); // skip bmp header

	fread(&screen, 1, SCREEN_HEIGHT * SCREEN_WIDTH * 2/*16bit*/, f_scr);
	fclose(f_scr);

	// change byte order
	for(int x = 0; x < SCREEN_WIDTH; x++)
		for(int y = 0; y < SCREEN_HEIGHT; y++)
			screen[y][x] = (screen[y][x] >> 8) | (screen[y][x] << 8);

	send_draw_data((char*)&screen[0][0], SCREEN_WIDTH*SCREEN_HEIGHT*2/*16 bit*/);

	close_gpio();
	return 0;
}

изображение до и после правок

Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 5

LCD как монитор

С самого начала экспериментов меня не покидала мысль использовать экран как монитор для «малины», что я и поспешил реализовать.
Идея проста — изображение берётся из /dev/fb0, оно там как раз 16-битное, ресайзится и выдаётся на экран.
Так как результат сжатия картинки 1024x768 => 176x132 малоинформативен, для фреймбуфера было установлено разрешение 320x240, это можно сделать правкой config.txt на FAT разделе «малиновой» флешки.

framebuffer_width=320
framebuffer_height=240

После этого изображение всё равно жмётся с использованием примитивной интерполяции, но результат уже можно назвать приемлемым. Так-же был добавлен пропуск одинаковых кадров для экономии CPU.

Исходник LPH9157-2_RPI.c

#include <bcm2835.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>

#include <time.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

// соответствия контактов GPIO и LCD
#define LCD_RS RPI_V2_GPIO_P1_11
#define LCD_RESET RPI_V2_GPIO_P1_13

#define RS_CMD 0
#define RS_DATA 1

#define CMD_RESET 0x01
#define CMD_MEMORY_ACCESS_CONTROL 0x36 // Memory Access Control
#define CMD_WAKEUP 0x11 // Выход из спящего режима
#define CMD_PALETTE 0x3A // Установка цветовой палитры
#define CMD_ENABLE 0x29  //Включение дисплея

#define CMD_SET_X 0x2A // задаем область по X
#define CMD_SET_Y 0x2B // задаем область по Y
#define CMD_START_WRITE 0x2C // начало записи в память

#define _8_BIT_COLOR 0x02
#define _12_BIT_COLOR 0x03
#define _16_BIT_COLOR 0x05

#define SCREEN_WIDTH 132
#define SCREEN_HEIGHT 176

int init_gpio()
{
    if (!bcm2835_init())
        return 0;

    bcm2835_spi_begin();
    bcm2835_spi_setBitOrder(BCM2835_SPI_BIT_ORDER_MSBFIRST);
    bcm2835_spi_setDataMode(BCM2835_SPI_MODE0);                 /// CPOL = 0, CPHA = 0, Clock idle low,
                                                                /// data is clocked in on rising edge,
                                                                /// output data (change) on falling edge
    bcm2835_spi_setClockDivider(BCM2835_SPI_CLOCK_DIVIDER_16);  ///< 16 = 64ns = 15.625MHz
    bcm2835_spi_chipSelect(BCM2835_SPI_CS0);                    /// Select Our Device
    bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(BCM2835_SPI_CS0, LOW);

    // настроим порты на запись
    bcm2835_gpio_fsel(LCD_RS, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    bcm2835_gpio_fsel(LCD_RESET, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
    
    return 1;
}

int close_gpio()
{
    bcm2835_spi_end();
    bcm2835_close();
}

void send_cmd(char cmd)
{
    bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_CMD);
    bcm2835_spi_transfer(cmd);
}

void send_data(char data)
{
    bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_DATA);
    bcm2835_spi_transfer(data);
}

void send_data_array(char* data, int size)
{
    bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_DATA);
    bcm2835_spi_transfern(data, size);
}

void set_draw_area(char x1, char y1, char x2, char y2)
{
    send_cmd(CMD_SET_X);
    send_data(x1);
    send_data(x2);

    send_cmd(CMD_SET_Y);
    send_data(y1);
    send_data(y2);
}

void draw_start()
{
    send_cmd(CMD_START_WRITE);
    bcm2835_gpio_write(LCD_RS, RS_DATA);
}

void send_draw_data(char* data, int size)
{
    bcm2835_spi_transfern(data, size);
}

void reset_LCD()
{
    bcm2835_gpio_write(LCD_RESET, LOW);
    bcm2835_delay(50);
    bcm2835_gpio_write(LCD_RESET, HIGH);
    bcm2835_delay(50);

    send_cmd(CMD_RESET);
}

void init_LCD()
{
    reset_LCD();

    send_cmd(CMD_MEMORY_ACCESS_CONTROL);
    send_data(0b00000000);

    send_cmd(CMD_WAKEUP);

    bcm2835_delay(20);

    send_cmd(CMD_PALETTE);
    send_data(_16_BIT_COLOR);

    bcm2835_delay(20);

    send_cmd(CMD_ENABLE);
}

#define FB_WIDTH 320// 176
#define FB_HEIGHT 240// 144

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!init_gpio())
        return 1;

    int smooth = 0;
    int dynamic_fps = 0;
    int argn = 1;
    while(argn < argc)
    {
        if(argv[argn][0] == '-')
            switch(argv[argn][1])
            {
            case 'i':
                init_LCD();
                close_gpio();
                printf("lcd initializedn");
                return 0;
                break;

            case 's':
                smooth = 1;
                break;
            case 'd':
                dynamic_fps = 1;
                break;
            default:
                printf("Usage: lcd [options]n");
                printf("Options:n");
                printf("  -i   initialize lcd (hardware reset)n");
                printf("  -d   dynamic FPS (skip same frames)n");
                printf("  -s   smooth image (enable basic intrpolation)n");
                return 0;
                break;
            }
        argn++;
    }

    ///------------------------------------------------
    /// draw screen

    set_draw_area(0, 0, SCREEN_WIDTH - 1, SCREEN_HEIGHT - 1);
    draw_start();
    
    uint16_t screen[SCREEN_HEIGHT][SCREEN_WIDTH];

    uint16_t old_fb[FB_HEIGHT * FB_WIDTH];

    int fd_scr = open("/dev/fb0", O_RDONLY);
    int scr_sz = FB_HEIGHT * FB_WIDTH * 2/*16bit*/;
    uint16_t* fb_screenshot = mmap(0, scr_sz, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd_scr, 0);

    // scaling
    float scale_X = FB_HEIGHT / (float)SCREEN_WIDTH;
    float scale_Y = FB_WIDTH / (float)SCREEN_HEIGHT;

    int frame_cnt = 0;
    struct timespec ts1, ts2;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts1);

    for(;;) // forever
    {
        if(dynamic_fps)
            if(memcmp(&old_fb, fb_screenshot, sizeof(old_fb)) == 0)
            {
                usleep(10000);
                continue;
            }
            else
            {
                memcpy(&old_fb, fb_screenshot, sizeof(old_fb));
            }

        for(int x = 0; x < SCREEN_WIDTH; x++)
            for(int y = 0; y < SCREEN_HEIGHT; y++)
            {
                int fb_x = y * scale_X;
                int fb_y = x * scale_Y;

                uint16_t px = fb_screenshot[fb_x + fb_y * FB_WIDTH];

                if(smooth)
                {
                    // look around
                    if((fb_x - 1 >= 0) && (fb_x + 1 < FB_WIDTH) && (fb_y - 1 >= 0) && (fb_y + 1 < FB_HEIGHT))
                    {
                        for(int dx = -1; dx <= 1; dx++)
                            for(int dy = -1; dy <= 1; dy++)
                                if((dx == 0) ^ (dy == 0))
                                {
                                    uint16_t add_px = fb_screenshot[(fb_x + dx) + (fb_y + dy) * FB_WIDTH];
                                    px = ((px & 0xf7de) >> 1) + ((add_px & 0xf7de) >> 1);
                                    /// ^thank you habr => http://habr.ru/p/128773/
                                }
                    }
                }
                screen[y][SCREEN_WIDTH - 1 - x] = (px << 8) | (px >> 8);
            }

        send_draw_data((char*)&screen[0][0], sizeof(screen));

        /// calc fps
        frame_cnt++;
        if(frame_cnt >= 100)
        {
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts2);

            float allsec = (ts2.tv_sec - ts1.tv_sec) + (ts2.tv_nsec - ts1.tv_nsec) / 1000000000.0;
            float fps = frame_cnt / allsec;

            printf("%f FPSn", fps);

            frame_cnt = 0;
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts1);
        }

        usleep(1000);
    }

    munmap(fb_screenshot, scr_sz);
    close(fd_scr);
    close_gpio();

    printf("finn");    
    return 0;
}

Сборка:

pi@raspberrypi ~ $ gcc -o lcd LPH9157-2_RPI.c -lbcm2835 -lrt -std=gnu99

Запуск:

pi@raspberrypi ~ $ sudo ./lcd -i
pi@raspberrypi ~ $ sudo ./lcd -d -s

параметры:
-i — первичная инициализация (дёргаем хардварный reset)
-s — включить сглаживание
-d — динамический fps (одинаковые кадры пропускаются — экономит CPU)

Результат

Разбираемся с LCD экраном LPH9157-2 от Siemens C75-ME75 - 6

Автор: Hoshi

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля