[Arduino] Nokia 5110 液晶屏

Nokia 5110可谓是相~ 当~ 经典了，你可以用它来打电话、砸核桃、挡子弹、锤钉子，居家防身，良心佳品~=￣ω￣=
它的屏幕因为某宝上只买八块八，八块八啊~ 物美价廉，受到广大青少年的追捧~

广告位招租

技术参数

• 分辨率: 84 * 48
• 通信协议: SPI
• 液晶模块: LPH7366
• 主控芯片: PCD8544
• 传送速率: 最高4Mbits/s
• 工作电压: 3.3v ~5.0v
• 工作电流: ≤ 200μA

电路连接

Nokia 5110的屏幕使用的是SPI协议，但使用我图片中的屏幕模块，除了需要连接SPI的4条信号线外，还需要另外连接一个RST（重置）和BL（背光）。

Nokia 5110屏幕模块有下列引脚:

• VCC，电源，输入3.3v ~5v
• GND，公共接地，提供参考低电平
• BL，屏幕背光，高电平时点亮，低电平时熄灭
• DIN，SPI的MISO脚，向
• DC，DATA/CMD，数据/指令选择，高电平时总线上传送数据，低电平时总线上传送控制指令
• CLK，SPI的时钟脚
• CE，SPI的片选脚，低电平时，单片机可对此设备读写，高电平时挂起此设备的通信
• RST，重置屏幕

其死我是拒绝放这个图的，怎么都是蜘蛛网~

上面的电路图太乱太难看，要理清的话，一半脑细胞都可以住进精神病院了。总之Nokia 5110的屏幕是SPI通信的，参考SPI的连接方法就对了。

SPI接线图

指令集

• 空操作

  操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
  位值	0	0	0	0	0	0	0	0	0

  用于延时的空操作指令，没有任何作用

• 写像素数据

  操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
  位值	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	1

  填充像素数据块，直接把数据写入液晶屏的GRAM中

• 功能设置

  操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
  位值	0	0	1	0	0	EN	VH	IS	0

  • EN为屏幕开启开关：1 = 开启屏幕， 0 = 关闭屏幕
  • VH，寻址方式选择： 1 = 使用垂直寻址， 0 = 使用水平寻址
  • IS，指令集选择：1 = 使用扩展指令集， 0 = 使用扩基本指令集

• 基本指令集

  • 显示设置

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	0	0	0	1	D	0	E	0

    • (D, E)，显示方式枚举：(0, 0) = 显示空白， (0, 1) = 显示全黑，(1, 0) = 普通模式，(1, 1) = 翻色显示

  • 游标设置：GRAM写入起点X坐标，这里的X是以列(COLUMN)为单位

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	1	D5	D4	D3	D2	D1	D0	0

  • 游标设置：GRAM写入起点Y坐标，这里的Y是以页面(PAGE)为单位

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	1	0	0	0	D2	D1	D0	0

• 扩展指令集

  • 温度系数

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	0	1	0	0	1	D1	D0	0

    • (D₁, D₀)，显示方式枚举：(0, 0) = 温度系数0， (0, 1) = 温度系数1，(1, 0) = 温度系数2，(1, 1) = 温度系数3
    • 这是用来干嘛用的~(←_←)

  • 偏置混合率

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	0	0	1	0	D2	D1	D0	0

    • (D₂, D₁, D₀), 偏置混合率:
      • (0, 0, 0) = 1:100
      • (0, 0, 1) = 1:80
      • (0, 1, 0) = 1:65
      • (0, 1, 1) = 1:48
      • (1, 0, 0) = 1:40/1:34
      • (1, 0, 1) = 1:24
      • (1, 1, 0) = 1:18/1:16
      • (1, 1, 1) = 1:10/1:9/1:8

  • 操作电压

    操作位	Bit7	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0	DC
    位值	0	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	0

    • (D₆, D₅, D₄, D₃, D₂, D₁, D₀)为操作电压的系数
    • LCD偏置电压根据(D₆, D₅, D₄, D₃, D₂, D₁, D₀)计算得值为

      V_LCD = 3.06 + 0.06 * V_OP = 3.06 + 0.06 * (D₆, D₅, D₄, D₃, D₂, D₁, D₀)₂

初始化流程

• 拉低RST脚500ms，以重置屏幕
• 使用扩展指令
  • 设置偏置混合率为4 = (1, 0, 0)₂ = 1:40/1:34
  • 设置操作电压V_OP为40 = 5.46v，用以调节对比度
• 使用基本指令集
  • 设置显示模式为普通模式
  • 设置游标X到0
  • 设置游标Y到0
  • 写84 * 48 / 8个字节的0x00，以清屏

上面的初始化流程中给出了一些默认值，在实际使用的过程中，因为模块的不同，这些参数可能需要重新调整才能获得理想的显示效果

编码实现

我们使用Arduino的硬件SPI接口来和屏幕通信，所以我们需要使用Arduino内建的SPI库

初始化

#include 
#defineRST 15
#defineCE  10
#defineDC  12
#defineDIN 11
#defineCLK 13
#defineBL  16

#define INSTRUCTIONSET 0x20
#define INST_NORMAL    0x00
#define INST_EXTENDED  0x01
#define SETBIAS        0x10
#define SETVOP         0x80
#define DISPLAYCONTROL 0x08
#define DISP_BLANK     0x00
#define DISP_BLACK     0x01
#define DISP_NORMAL    0x04
#define DISP_INVERT    0x05
#define SET_CURSOR_X   0x08
#define SET_CURSOR_Y   0x04

const int bias     = 4;
const int contrast = 40;
byte buffer[84 * 48 / 8];

void setup() {
    // 初始化SPI
    SPI.begin();
    SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV4); // 4MHz
    SPI.setDataMode(SPI_MODE0);
    SPI.setBitOrder(MSBFIRST);

    // 初始化其他控制引脚
    pinMode(DC, OUTPUT);
    pinMode(RST, OUTPUT);
    pinMode(CE, OUTPUT);

    // 重置屏幕
    digitalWrite(RST, LOW);
    delay(500);
    digitalWrite(RST, HIGH);

    // 进入扩展指令集
    command(INSTRUCTIONSET | EXTENDED);
    // 设置偏置混合率
    command(SETBIAS | bias);
    // 设置偏置电压V~OP~
    command(SETVOP | contrast);

    // 进入基础指令
    command(INSTRUCTIONSET | NORMAL);
    // 设置正常显示模式
    command(DISPLAYCONTROL | DISPLAYNORMAL);
    // 设置游标(0, 0) = (column, page)
    command(SET_CURSOR_X | 0);
    command(SET_CURSOR_Y | 0);
    // 写入清屏数据
    memset(buffer, 0, 84 * 48 / 8);
    writeGram(buffer, 84 * 48 / 8);
}

写指令

#include 
#define RST 15
#define CE  10
#define DC  12
#define DIN 11
#define CLK 13
#define BL  16

void command(byte cmd) {
    digitalWrite(DC, LOW);
    digitalWrite(CE, LOW);
    SPI.transfer(cmd);
    digitalWrite(CE, HIGH);
}

写数据

#include 
#define RST 15
#define CE  10
#define DC  12
#define DIN 11
#define CLK 13
#define BL  16

void data(byte data) {
    digitalWrite(DC, HIGH);
    digitalWrite(CE, LOW);
    SPI.transfer(cmd);
    digitalWrite(CE, HIGH);
}

void writeGram(byte* buffer, int size) {
    digitalWrite(DC, HIGH);
    digitalWrite(CE, LOW);
    for (int i = 0; i < size; i++) {
         SPI.transfer(buffer[i]);
    }
    digitalWrite(CE, HIGH);
}