基于電子紙的節(jié)能電子鬧鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于電子紙的節(jié)能電子鬧鐘系 統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:日期:基于電子紙的節(jié)能電子鬧鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子紙對(duì)比其他顯示裝置如LED LCD等更加節(jié)能,使用時(shí)基芯片 DS1302提供精準(zhǔn)的年月日及時(shí)分秒, MS P430作為控制系統(tǒng)，干電池供電?？傮w具有工作電電子紙是新一代顯示裝置，它具有超低功耗、超寬視角、高對(duì)比度、高反射、無(wú)需背光源純反射 模式、雙穩(wěn)態(tài)顯示、防強(qiáng)光等特點(diǎn)。當(dāng)電子紙微膠囊做于柔性基板上，則其具有和紙一樣的可彎曲的 特性，而且顯示的視覺(jué)感官效果幾乎和紙張一樣。 觀看效果更佳。本設(shè)計(jì)采用電子紙作為電子鬧鐘的顯示屏幕， 溫度傳感器LM75A提供實(shí)時(shí)溫度信息，單片機(jī) 壓寬，耗能低，工作時(shí)間長(zhǎng)，顯示界面清新等

2、優(yōu)良特點(diǎn)。對(duì)時(shí)基芯片采取雙電源供電即可避免更換電 池重調(diào)時(shí)間的繁瑣。整體都采用低耗能、寬電壓工作器件，有效延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。、電子紙顯示器的基本原理本設(shè)計(jì)采用大連佳顯電子的2.1寸電子紙，型號(hào)為GDE021A11. 基本性能特點(diǎn)（1） 分辨率為172X72,顯示區(qū)域48.16X20.16，四灰階數(shù)可顯示黑、白、灰階，對(duì)比度達(dá) 10:1， 反射率35%運(yùn)行溫度為050C。雙穩(wěn)態(tài)性，只在電子紙刷新時(shí)耗電。（2） 刷新時(shí)間300ms,響應(yīng)時(shí)間100ms,使用壽命（無(wú)故障刷新次數(shù)）：100萬(wàn)次以上。（3） 超低功耗，只在改變顯示內(nèi)容時(shí)耗電，刷新時(shí)的功耗為0.012mW/cm2工作電壓2.4V3.3V

3、。（4）串行外設(shè)接口，內(nèi)置振蕩器，波形存儲(chǔ)在片上OTP采用COG寸裝,IC厚度250um2. 電子紙的工作原理微膠囊是電子紙的基本單元，它里面包含了兩種不同顏色電子紙（賽倫紙）技術(shù)是一種“微膠囊電泳顯示”技術(shù)。其基本原理是懸浮在液體中的帶電納米 粒子受到電場(chǎng)作用而產(chǎn)生遷移。電子紙是一種薄膜狀的材料，它是由成千上萬(wàn)個(gè)微小的膠囊狀顆粒（稱(chēng) 為微膠囊）涂在一種塑料基材上而制成的。 的納米粒子。電子紙的工作原理如圖所示賽倫紙顯示器工惟旗理圖1.賽倫顯示器工作原理賽倫紙膜片是賽倫紙顯示模組的核心材料，負(fù)責(zé)顯示人眼實(shí)際看到的圖案。底板作為賽倫紙顯示 器的像素電極（下電極），用于控制賽倫紙每個(gè)像素的黑白變化

4、。賽倫紙膜片可通過(guò)層壓的方式貼合 在底板上。驅(qū)動(dòng)芯片可根據(jù)控制指令和信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的邏輯電平和時(shí)序，用于控制底板每個(gè)像素（或 段碼）的工作時(shí)序和狀態(tài)，并使賽倫紙能夠顯示所需圖案。賽倫紙顯示器無(wú)需背光源，其次，具有雙穩(wěn)態(tài)性。即當(dāng)顯示靜態(tài)圖像的時(shí)候，賽倫紙可以完全不 耗電，換句話說(shuō)，就是即使斷開(kāi)所有電源，賽倫紙顯示器依然能夠保留最后一幅畫(huà)面。3. GDE021A1的引腳功能GDE021A采用COG(chip on glass )封裝，引腳排布如圖 2所示。VcclO、VCI接由兩節(jié)干電池 串聯(lián)供電+3V。其中電源+3V需進(jìn)行升壓處理以提供電子紙刷新需要的高電壓。具體升壓電路及引腳 連接如圖3所示。C

5、S為片選端，低電平有效。D/C是數(shù)據(jù)/命令控制引腳，與MCI以4線SPI模式相連。當(dāng)D/C為高電平，表明D1輸入為數(shù)據(jù)；當(dāng)D/C為低電平時(shí)，表明D1輸入為命令字。BUSY為忙狀 態(tài)引腳，當(dāng)芯片忙碌該引腳輸出為高電平，不忙碌時(shí)輸出為低電平。該引腳可以提供MCI查詢，當(dāng)處于不忙碌時(shí)MCL則可以向GDE021A輸入控制命令或者顯示數(shù)據(jù)。BS1為接口選擇控制端，當(dāng) BS1為 低電平，與MCU執(zhí)行3線SPI模式傳輸；當(dāng)BS1為高電平，與MCU執(zhí)行4線SPI模式傳輸。TSCL和 TSDA為GDE021A與溫度傳感器的12C接口。-Wax vcflage differenceVGH anti VGL is

6、42V圖2 GDE021A1引腳功能圖3升壓控制連接示意圖圖4 GDE021A1的工作流程圖>cP 一r _/ 一/U Fzzur-LjrxjnLjLjr-Lxjrxjr圖5 GDE021A1工作時(shí)序圖4. GDE021A1的工作過(guò)程GDE021A的工作流程圖如圖4所示。其中方框中的步驟需要查 GDE021A手冊(cè)中的命令字和數(shù)據(jù) 傳輸格式對(duì)電子紙顯示器進(jìn)行操作。二、電子紙節(jié)能鬧鐘設(shè)計(jì)各模塊電路如下圖5為電子紙節(jié)能鬧鐘的總體設(shè)計(jì)電路1.MCU中央控制電路中央控制電路使用MSP430該芯片是美國(guó)德州儀器（TI）的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指 令集（RISC的混合信號(hào)處理器（Mixed Si

7、gnal Processor ）基于閃存或ROM的超低功耗MCU 提供8MIPS,工作電壓為1.8V - 3.6V，具有高達(dá)60KB的閃存和各種高性能模擬及智能數(shù)字外設(shè)。 超低功耗低至：0.1uA （保持模式），0.7uA （實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式），200uA/MIPS （工作模式），在 6us之內(nèi)快速?gòu)拇龣C(jī)模式喚醒。MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周r 期。MSP430具有寬電壓工作范圍，可以提高電池利用率。響應(yīng)速度快， 能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT»。2. 溫度采集模塊溫度采集模塊選取LM75A LM75A是一個(gè)使用了內(nèi)置帶隙溫度傳感 器和

8、 2 - 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它也是一個(gè)溫度檢測(cè)器， 可提供一個(gè)過(guò)熱檢測(cè)輸出。LM75A包括許多數(shù)據(jù)寄存器：配置寄存器（Conf）,用來(lái)存儲(chǔ)器件的某些配置，如器件的工作模式、 OS工作 模式、OS枀性和OS故障隊(duì)列等（在功能描述一節(jié)中有詳細(xì)描述）； 溫度寄存器（Temp，用來(lái)存儲(chǔ)讀取的數(shù)字溫度；設(shè)定點(diǎn)寄存器（Tos & Thyst ），用來(lái)存儲(chǔ)可編程的過(guò)熱關(guān)斷和滯后限制，器件通過(guò)對(duì)于數(shù)據(jù)處理更加靈活,SDA遷SCL TOS y GND T5 VccT AOJ A1司A2線的串行I2C總線卿與控LM75A有 3制器通信。LM75A還包括一個(gè)開(kāi)漏輸出（OS,當(dāng)溫度超過(guò)編程限制的

9、值時(shí)該輸出有效。 個(gè)可選的邏輯地址管腳，使得同一總線上可同時(shí)連接8個(gè)器件而不產(chǎn)生地址沖突。低功耗設(shè)計(jì)，工作電流典型值為 250uA,掉電模式為3.5uA。測(cè)量 的溫度最大范圍為-55 C+125C。寬工作電壓范圍： 提供了良好的溫度精度（0.125 r）o3. 時(shí)鐘電路使用DS1302為電子鬧鐘提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息。DS1302是美國(guó)DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM采用SPI三線接口與MCUS行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá) 2.55.5V。4. 其他輔助電路按鍵電路和蜂鳴器電路是電子鬧鐘的輔助電路。按鍵電路主要提供鬧鐘調(diào)整時(shí)間和設(shè)置鬧鐘等功 蜂鳴器提供整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鐘時(shí)間提醒功能。2.8V 5.5V。匸2 eXI C2 g 7X2 CGN D C4 Q 53 gISCLh3 MO3 Ct能。三、系統(tǒng)軟件如下圖6為軟件工作流程圖:開(kāi)始MC進(jìn)入睡眠模式，開(kāi)啟定時(shí)初始化*蜂鳴器整點(diǎn) 提醒讀取時(shí)間、 溫度等數(shù)據(jù)<養(yǎng)點(diǎn)報(bào)日嚴(yán)蜂鳴器鬧鐘 提醒N輸出顯示Y嚴(yán) 鬧鐘 ¥分鐘定時(shí)到二圖6軟件工作流程圖四、設(shè)計(jì)總結(jié)電子紙具有二穩(wěn)態(tài)這一優(yōu)勢(shì)，即在斷電后仍能保